CN117352769A - 燃料电池单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池单元。燃料电池单元包括：燃料电池模块；和电力变换器。燃料电池模块包括：第一燃料电池模块，该第一燃料电池模块包括第一燃料电池组，该第一燃料电池组是第一单电池的堆叠体；和第二燃料电池模块，该第二燃料电池模块包括第二燃料电池组，该第二燃料电池组是第二单电池的堆叠体。电力变换器包括第一电力变换器和第二电力变换器。第一电力变换器位于第一燃料电池模块的第一表面上。第二电力变换器位于第二燃料电池模块的第一表面上。这些第一表面彼此面对。第一表面的第一法线方向正交于第一单电池和第二单电池的堆叠方向。

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
燃料电池是通过在包含氧气的氧化剂气体和包含氢气的燃料气体之间的化学反应产生电能的电池。作为燃料电池(燃料电池组)的一个基本单元的电池(单电池)典型地包括膜电极组件(MEA)，该膜电极组件(MEA)由固体聚合物电解质膜和在固体聚合物电解质膜的两侧上形成的电极催化剂层构成。气体扩散层(GDL)位于电极催化剂层的两侧上，并且具有气体通道的分隔器位于气体扩散层的两侧上。
燃料电池单元至少由燃料电池组和电力变换器构成。例如，日本未审查专利申请公报No.2008-311038(JP 2008-311038 A)公开了一种燃料电池系统，其中电力变换装置的至少两个表面由包括燃料电池的电力供应装置覆盖。
发明内容
在燃料电池单元被安装在例如燃料电池电动车辆(FCEV)上的情形中，能够响应于对高输出的需求安装包括多个燃料电池组的燃料电池单元。然而，这种燃料电池单元不具有良好的可安装性(可安设性)。本公开提供一种具有良好的可安装性的燃料电池单元。
本公开的第一方面提供一种燃料电池单元。这个燃料电池单元是包括燃料电池模块和被构造为变换燃料电池模块的电力的电力变换器的燃料电池单元。燃料电池模块包括：第一燃料电池模块，该第一燃料电池模块包括第一燃料电池组，该第一燃料电池组是多个第一单电池的堆叠体；和第二燃料电池模块，该第二燃料电池模块包括第二燃料电池组，该第二燃料电池组是多个第二单电池的堆叠体。电力变换器包括：被构造为变换第一燃料电池模块的电力的第一电力变换器；和被构造为变换第二燃料电池模块的电力的第二电力变换器。第一电力变换器位于第一燃料电池模块的第一表面上，并且第二电力变换器位于第二燃料电池模块的第一表面上。第一燃料电池模块的第一表面和第二燃料电池模块的第一表面彼此面对。第一燃料电池模块的第一表面和第二燃料电池模块的第一表面的第一法线方向正交于第一单电池和第二单电池的堆叠方向。
在第一方面的燃料电池单元中，第一电力变换器和第二电力变换器可以被容纳在各自的电力变换器外壳中。
本公开的第二方面提供一种燃料电池单元。这个燃料电池单元是包括燃料电池模块和被构造为变换燃料电池模块的电力的电力变换器的燃料电池单元。燃料电池模块包括：第一燃料电池模块，该第一燃料电池模块包括第一燃料电池组，该第一燃料电池组是多个第一单电池的堆叠体；和第二燃料电池模块，该第二燃料电池模块包括第二燃料电池组，该第二燃料电池组是多个第二单电池的堆叠体。电力变换器包括被构造为变换第一燃料电池模块的电力并且变换第二燃料电池模块的电力的公共电力变换器。公共电力变换器位于第一燃料电池模块的第一表面上并且还位于第二燃料电池模块的第一表面上。第一燃料电池模块的第一表面和第二燃料电池模块的第一表面彼此面对。第一燃料电池模块的第一表面和第二燃料电池模块的第一表面的第一法线方向正交于第一单电池和第二单电池的堆叠方向。
在第一方面的燃料电池单元中，第一电力变换器和第二电力变换器这两者可以均被容纳在单个电力变换器外壳中。
在第二方面的燃料电池单元中，公共电力变换器可以被容纳在单个电力变换器外壳中。
在第二方面的燃料电池单元中，第一燃料电池模块可以包括位于第一燃料电池组的正电极侧上的第一正端子板、位于第一燃料电池组的负电极侧上的第一负端子板，和被构造为容纳第一燃料电池组、第一正端子板和第一负端子板的第一燃料电池外壳。第二燃料电池模块可以包括位于第二燃料电池组的正电极侧上的第二正端子板、位于第二燃料电池组的负电极侧上的第二负端子板，和被构造为容纳第二燃料电池组、第二正端子板和第二负端子板的第二燃料电池外壳。燃料电池单元可以进一步包括被连接到第一正端子板并且从第一燃料电池外壳朝向电力变换器突出的第一正端子、被连接到第一负端子板并且从第一燃料电池外壳朝向电力变换器突出的第一负端子、被连接到第二正端子板并且从第二燃料电池外壳朝向电力变换器突出的第二正端子，和被连接到第二负端子板并且从第二燃料电池外壳朝向电力变换器突出的第二负端子。第一正端子可以包括被连接到第一正端子板的第一基部，和从第一正端子的第一基部朝向电力变换器突出的第一突出部分。第一负端子可以包括被连接到第一负端子板的第二基部和从第一负端子的第二基部朝向电力变换器突出的第二突出部分。第二正端子可以包括被连接到第二正端子板的第三基部，和从第二正端子的第三基部朝向电力变换器突出的第三突出部分。第二负端子可以包括被连接到第二负端子板的第四基部，和从第二负端子的第四基部朝向电力变换器突出的第四突出部分。燃料电池单元可以满足以下条件(1)和(2)中的任一个条件或者这两个条件：
(1)第一突出部分和第三突出部分被定位成当在堆叠方向上以平面图形式观察时不彼此重叠，以及
(2)第二突出部分和第四突出部分被定位成当在堆叠方向上以平面图形式观察时不彼此重叠。
在第二方面的燃料电池单元中，燃料电池单元可以满足至少条件(1)，并且第一基部和第三基部可以被定位成当在第一法线方向上以平面图形式观察时至少部分地彼此重叠。
在第二方面的燃料电池单元中，燃料电池单元可以满足至少条件(2)，并且第二基部和第四基部可以被定位成当在第一法线方向上以平面图形式观察时至少部分地彼此重叠。
在第二方面的燃料电池单元中，燃料电池单元可以满足至少条件(1)，并且第一基部和第三基部可以被定位成当在第一法线方向上以平面图形式观察时不彼此重叠。
在第二方面的燃料电池单元中，燃料电池单元可以满足至少条件(2)，并且第二基部和第四基部可以被定位成当在第一法线方向上以平面图形式观察时不彼此重叠。
在第二方面的燃料电池单元中，燃料电池单元可以满足至少条件(1)并且满足以下条件(3)：(3)第一突出部分和第三突出部分位于垂直于堆叠方向的同一截面上。
在第二方面的燃料电池单元中，燃料电池单元可以满足至少条件(2)并且满足以下条件(4)：(4)第二突出部分和第四突出部分位于垂直于堆叠方向的同一截面上。
第一方面的燃料电池单元可以进一步包括：被构造为辅助第一燃料电池模块的操作的第一辅助装置；和被构造为辅助第二燃料电池模块的操作的第二辅助装置。第一辅助装置可以位于第一燃料电池模块的第二表面上。第二辅助装置可以位于第二燃料电池模块的第二表面上。第一燃料电池模块的第二表面和第二燃料电池模块的第二表面的第二法线方向可以正交于第一燃料电池模块的第一表面和第二燃料电池模块的第一表面的第一法线方向。第一辅助装置和第二辅助装置可以彼此面对。
在第一方面的燃料电池单元中，第一辅助装置可以在第一燃料电池模块的第一表面和第二燃料电池模块的第一表面的第一法线方向上朝向电力变换器突出超过第一燃料电池模块，并且第二辅助装置可以在第一燃料电池模块的第一表面和第二燃料电池模块的第一表面的第一法线方向上朝向电力变换器突出超过第二燃料电池模块。
第二方面的燃料电池单元可以进一步包括：被构造为辅助第一燃料电池模块的操作的第一辅助装置；和被构造为辅助第二燃料电池模块的操作的第二辅助装置。第一辅助装置可以位于第一燃料电池模块的第二表面上。第二辅助装置可以位于第二燃料电池模块的第二表面上。第一燃料电池模块的第二表面和第二燃料电池模块的第二表面的第二法线方向可以正交于第一燃料电池模块的第一表面和第二燃料电池模块的第一表面的第一法线方向。第一辅助装置和第二辅助装置可以彼此面对。
在第二方面的燃料电池单元中，第一辅助装置可以在第一燃料电池模块的第一表面和第二燃料电池模块的第一表面的第一法线方向上朝向电力变换器突出超过第一燃料电池模块，并且第二辅助装置可以在第一燃料电池模块的第一表面和第二燃料电池模块的第一表面的第一法线方向上朝向电力变换器突出超过第二燃料电池模块。
本公开能够提供一种具有良好的可安装性的燃料电池单元。
附图说明
将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似的符号表示类似的元件，并且其中：
图1是示意根据本公开的燃料电池单元的概略截面视图；
图2是示意根据本公开的燃料电池单元的另一个概略截面视图；
图3是示意根据本公开的燃料电池单元的另一个概略截面视图；
图4是示意根据本公开的燃料电池单元的外部透视图；
图5A是示意在燃料电池模块之间的连接的示意图；
图5B是示意在燃料电池模块之间的连接的另一个示意图；
图6A是示意根据本公开的燃料电池单元的局部透视图；
图6B是示意根据本公开的燃料电池单元的局部放大视图；
图6C是示意根据本公开的燃料电池单元的局部平面视图；
图6D是示意根据本公开的燃料电池单元的另一个局部平面视图；
图6E是示意根据本公开的燃料电池单元的局部截面视图；
图7A是示意根据本公开的燃料电池单元的局部透视图；
图7B是示意根据本公开的燃料电池单元的局部平面视图；
图7C是示意根据本公开的燃料电池单元的局部截面视图；并且
图8是示意根据本公开的单电池的概略截面视图。
具体实施方式
以下将详细描述根据本公开的燃料电池单元。将在下面描述的每一幅图是概略示意图，并且每一个部分的尺寸和形状在图中被适当夸大地示出从而便于理解。在本说明书中，当术语“上方”或者“下方”被用于描述一个部件被如何相对于另一个部件设置时，它包括该一个部件被设置成与该另一个部件接触，或者直接在其上方或者下方的情形和该一个部件在又一个部件介于其间的情况下被设置在该另一个部件上方或者下方的情形，除非另有规定。
在本公开中，当在不使用术语诸如“第一”或者“第二”的情况下描述部件时，部件指的是“第一”部件和“第二”部件这两者，除非另有规定。
在本公开中，术语“正交”不仅意味着准确地正交而且还包括在两个方向之间的角度是80°或者更大且100°或者更小的情形。这个角度可以是85°或者更大且95°或者更小。在本公开中，术语“平行”不仅意味着准确地平行而且还包括在两个方向之间的角度是10°或者更小的情形。这个角度可以是5°或者更小。
1.燃料电池单元的构造
图1是示意根据本公开的燃料电池单元的概略平面视图。如在图1中所示，燃料电池单元100包括燃料电池模块10和变换燃料电池模块10的电力的电力变换器20。作为燃料电池模块10，燃料电池单元100包括第一燃料电池模块10A和第二燃料电池模块10B。第一燃料电池模块10A包括是多个第一单电池11A的堆叠体的第一燃料电池组12A。第二燃料电池模块10B包括是多个第二单电池11B的堆叠体的第二燃料电池组12B。作为电力变换器20，燃料电池单元100包括第一电力变换器20A和第二电力变换器20B。第一电力变换器20A变换第一燃料电池模块10A的电力，并且第二电力变换器20B变换第二燃料电池模块10B的电力。
如在图1中所示，在燃料电池单元100中，第一电力变换器20A位于第一燃料电池模块10A的第一表面A上，并且第二电力变换器20B位于第二燃料电池模块10B的第一表面B上。第一表面A和第一表面B彼此面对。第一表面A和第一表面B的第一法线方向M正交于第一单电池11A和第二单电池11B的堆叠方向N。在本公开中，第一表面A的法线方向和第一表面B的法线方向平行，并且第一单电池的堆叠方向和第二单电池的堆叠方向平行。
根据本公开，第一电力变换器位于第一燃料电池模块的预定第一表面A上，第二电力变换器位于第二燃料电池模块的预定第一表面B上，并且第一表面A和第一表面B的第一法线方向正交于第一单电池和第二单电池的堆叠方向。因此，燃料电池单元具有良好的可安装性。例如，诸如被连接到电力变换器的端子的部件能够被设置成从燃料电池模块的同一表面突出，并且诸如从每一个电力变换器(电力变换器外壳)延伸的线束的连接部件能够容易被放到一起。因此改进了可安装性。特别地，当电力变换器被容纳在单个电力变换器外壳中时，一体化连接部件能够从这个电力变换器外壳延伸。因此进一步改进了可安装性。
如在图2中所示，作为电力变换器20，根据本公开的燃料电池单元可以包括变换第一燃料电池模块10A的电力并且还变换第二燃料电池模块10B的电力的公共电力变换器20C。公共电力变换器20C位于第一燃料电池模块10A的第一表面A上并且还位于第二燃料电池模块10B的第一表面B上。除了公共电力变换器20C，图2所示燃料电池单元100的构造类似于图1所示燃料电池单元100的构造。
根据本公开，公共电力变换器能够变换第一燃料电池模块的电力和第二燃料电池模块的电力。即，单个电力变换器能够用作第一电力变换器和第二电力变换器这两者。因此，电力变换器的尺寸和电力变换器外壳的尺寸能够减小。结果，进一步改进了可安装性。
根据本公开的燃料电池单元的结构能够被视为其中电力变换器被夹在两个燃料电池模块之间的结构。这个结构有利之处在于，当冲击被施加到燃料电池单元时，电力变换器能够用作冲击吸收器，从而提供更好的碰撞安全性。
如在图1到图3中所示，第一燃料电池模块10A典型地具有容纳第一燃料电池组12A的燃料电池外壳13A。类似地，第二燃料电池模块10B典型地具有容纳第二燃料电池组12B的燃料电池外壳13B。燃料电池外壳13A、13B每一个具有用于分别地与第一电力变换器20A和第二电力变换器20B或者与公共电力变换器20C电连接的开口。这个开口典型地在第一表面A和第一表面B中形成。
如在图1中所示，第一电力变换器20A和第二电力变换器20B可以被容纳在各自的电力变换器外壳(21A，21B)中。“各自的电力变换器外壳”意味着容纳第一电力变换器20A的外壳和容纳第二电力变换器20B的外壳不彼此连通。在此情形中，燃料电池外壳13A和电力变换器外壳21A优选地通过开口被连接。类似地，燃料电池外壳13B和电力变换器外壳21B优选地通过开口被连接。
可替代地，如在图2和图3中所示，第一电力变换器20A和第二电力变换器20B这两者，或者公共电力变换器20C可以被容纳在单个电力变换器外壳21中。如在图3中所示，在第一电力变换器20A和第二电力变换器20B是各自的电力变换器的情形中，“单个电力变换器外壳”意味着容纳第一电力变换器20A的外壳和容纳第二电力变换器20B的外壳彼此连通以用作单个电力变换器外壳。在此情形中，燃料电池外壳13A、电力变换器外壳21和燃料电池外壳13B优选地通过开口被连接。
图4是示意根据本公开的燃料电池单元的外部透视图。具体地，图4是示意其中电力变换器20被容纳在单个电力变换器外壳21中的燃料电池单元的外部透视图。如在图4中所示，在燃料电池模块(10A，10B)中，端板X(14XA，14XB)位于燃料电池外壳(13A，13B)的一端上，并且端板Y(14YA，14YB)位于燃料电池外壳(13A，13B)的面对端板X的另一端上。辅助装置(第一辅助装置60A、第二辅助装置60B)被固定到端板Y(14YA，14YB)。
如在图1到图4中所示，燃料电池单元100可以包括辅助第一燃料电池模块10A的操作的第一辅助装置60A和辅助第二燃料电池模块10B的操作的第二辅助装置60B。如在图1到图3中所示，第一辅助装置60A位于第一燃料电池模块10A的第二表面C上，第二辅助装置60B位于第二燃料电池模块10B的第二表面D上，并且第二表面C和第二表面D的第二法线方向正交于第一表面A和第一表面B的第一法线方向M。第一辅助装置60A和第二辅助装置60B彼此面对。第二表面C和第二表面D优选地是燃料电池模块在重力的方向上的下表面。在本公开中，第二表面C的法线方向和第二表面D的法线方向平行。
如在图1到图3中所示，第一辅助装置60A优选地在第一表面A和第一表面B的第一法线方向M上朝向电力变换器20突出超过第一燃料电池模块10A，并且第二辅助装置60B优选地在第一表面A和第一表面B的第一法线方向M上朝向电力变换器20突出超过第二燃料电池模块10B。
第一辅助装置和第二辅助装置中的每一个可以是由至少两个辅助装置构成的一个一体化辅助单元。可替代地，第一辅助装置和第二辅助装置中的每一个可以是单个辅助装置。
在第一电力变换器和第二电力变换器这两者或者公共电力变换器被容纳在单个电力变换器外壳中的情形中，第一燃料电池模块和第二燃料电池模块可以被并联连接或者可以被串联连接。
图5A和图5B示意在燃料电池模块之间的连接。具体地，图5A和图5B是示意其中第一电力变换器和第二电力变换器这两者或者公共电力变换器被容纳在单个电力变换器外壳中的燃料电池单元中的第一燃料电池模块的正端子和负端子的局部透视图。例如，如在图5A中所示，在电力变换器被容纳在单个燃料电池变换器外壳中的情形中，能够使用预定端子在电力变换器外壳内电连接第一燃料电池模块和第二燃料电池模块。然而，如果第一和第二燃料电池模块的正端子(40A，40B)和负端子(50A，50B)中的任一个或者这两者如在图5B中所示彼此干扰(直接地接触)，则难以电连接第一燃料电池模块和第二燃料电池模块。
因此，在第一电力变换器和第二电力变换器这两者或者公共电力变换器被容纳在单个电力变换器外壳中的情形中，根据本公开的燃料电池单元优选地具有以下方面。第一燃料电池模块包括：位于第一燃料电池组的正电极侧上的第一正端子板；位于第一燃料电池组的负电极侧上的第一负端子板；和容纳第一燃料电池组、第一正端子板和第一负端子板的第一燃料电池外壳。第二燃料电池模块包括：位于第二燃料电池组的正电极侧上的第二正端子板；位于第二燃料电池组的负电极侧上的第二负端子板；和容纳第二燃料电池组、第二正端子板和第二负端子板的第二燃料电池外壳。燃料电池单元进一步包括：被连接到第一正端子板并且从第一燃料电池外壳朝向电力变换器突出的第一正端子；被连接到第一负端子板并且从第一燃料电池外壳朝向电力变换器突出的第一负端子；被连接到第二正端子板并且从第二燃料电池外壳朝向电力变换器突出的第二正端子；和被连接到第二负端子板并且从第二燃料电池外壳朝向电力变换器突出的第二负端子。第一正端子包括被连接到第一正端子板的基部A1(第一基部)，和从基部A1朝向电力变换器突出的突出部分A1(第一突出部分)。第一负端子包括被连接到第一负端子板的基部A2(第二基部)，和从基部A2朝向电力变换器突出的突出部分A2(第二突出部分)。第二正端子包括被连接到第二正端子板的基部B1(第三基部)，和从基部B1朝向电力变换器突出的突出部分B1(第三突出部分)。第二负端子包括被连接到第二负端子板的基部B2(第四基部)，和从基部B2朝向电力变换器突出的突出部分B2(第四突出部分)。燃料电池单元满足以下条件(1)和(2)中的任一个条件或者这两个条件。
(1)第一正端子的突出部分A1和第二正端子的突出部分B1被定位成当在堆叠方向上以平面图形式观察时不彼此重叠。
(2)第一负端子的突出部分A2和第二负端子的突出部分B2被定位成当在堆叠方向上以平面图形式观察时不彼此重叠。
根据以上方面的燃料电池单元，燃料电池模块能够容易被彼此连接。
满足至少条件(1)的燃料电池单元优选地满足以下条件(3)。
(3)第一正端子的突出部分A1和第二正端子的突出部分B1位于垂直于堆叠方向的同一截面上。
满足至少条件(2)的燃料电池单元优选地满足以下条件(4)。
(4)第一负端子的突出部分A2和第二负端子的突出部分B2位于垂直于堆叠方向的同一截面上。
避免在正端子之间和在负端子之间的干扰的一种可能的方式是在单电池的堆叠方向上将端子的突出部分的位置(端子的突出位置)彼此移位。然而，这可能增加燃料电池单元的尺寸。在满足条件(3)和(4)中的任一个条件或者这两个条件的燃料电池单元中，端子的突出部分的位置能够在正交于单电池的堆叠方向的方向上彼此移位。因此，燃料电池模块能够容易被彼此连接而不增加燃料电池单元的尺寸。
“垂直于堆叠方向的截面”不仅包括在截面和单电池的堆叠方向之间的角度准确地垂直的情形，而且还包括这个角度是80°或者更大且100°或者更小的情形。这个角度可以是85°或者更大且95°或者更小。
将更详细地描述以上方面。图6A到图6E是示意根据本公开的燃料电池单元的局部透视图、局部放大视图、局部平面视图和局部截面视图。具体地，图6A是示意用于连接图4所示燃料电池单元中的第一燃料电池模块和第二燃料电池模块的方法的示例的概略视图。图6B是图6A中的第一正端子40A和第二正端子40B的放大视图。图6C和图6D是当在第一表面A和第一表面B的第一法线方向上观察时图6A中的燃料电池单元的概略平面视图。图6C是当从第一燃料电池模块侧观察时的平面视图。图6D是当从第二燃料电池模块侧观察时的平面视图。图6E是当在单电池的堆叠方向上观察时图6A所示燃料电池单元的概略平面视图(概略截面视图)。图6A到图6E所示燃料电池单元满足以上条件(1)和(3)。
如在图6A和图6B中所示，在电力变换器被容纳在单个电力变换器外壳中的情形中，第一正端子40A优选地包括被连接到第一正端子板15A的基部A1(41A)，和从基部A1(41A)朝向电力变换器(电力变换器外壳21)突出的突出部分A1(42A)。第一负端子50A优选地包括被连接到第一负端子板16A的基部A2(未示出)，和从基部A2朝向电力变换器(电力变换器外壳21)突出的突出部分A2(未示出)。第二正端子(40B)优选地包括被连接到第二正端子板(未示出)的基部B1(41B)，和从基部B1(41B)朝向电力变换器(电力变换器外壳21)突出的突出部分B1(42B)。第二负端子(50B)优选地包括被连接到第二负端子板(未示出)的基部B2(未示出)，和从基部B2朝向电力变换器(电力变换器外壳21)突出的突出部分B2(未示出)。如在图6A和图6B中所示，基部A1(41A)的法线方向和基部B1(41B)的法线方向优选地平行于第一表面A和第一表面B的第一法线方向M，并且突出部分A2(42A)突出的方向和突出部分B2(42B)突出的方向优选地平行于基部A1(41A)的法线方向、基部B1(41B)的法线方向，和第一表面A和第一表面B的第一法线方向M。
如在图6C和图6D中所示，基部A1(41A)和基部B1(41B)优选地被定位成当在燃料电池模块的第一表面的第一法线方向上以平面图形式观察燃料电池单元时至少部分地彼此重叠。在图6C和图6D中，第二燃料电池模块侧上的基部B1(41B)，与第一燃料电池模块侧上的基础部分A1(41A)相比，在正交于单电池的堆叠方向N的方向D上延伸得更多。
如在图6C和图6D中所示，基部A1(41A)和基部B1(41B)中的每一个在正交于单电池的堆叠方向N的方向D上优选地位于燃料电池组的中央部分中。“位于燃料电池组的中央部分中”意味着当与图6C和图6D类似地以平面图形式观察时基部在方向D上的端部中的至少一个端部位于在距燃料电池组的端部0.4L或者更大且0.6L或者更小的范围中，其中L是燃料电池组在方向D上的长度。
通过如以上描述地布置基部A1和基部B1，第一正端子40A的突出部分A1(42A)和第二正端子40B的突出部分B1(42B)能够位于垂直于堆叠方向N的同一截面P上，并且如在图6E中所示，第一正端子40A的突出部分A1(42A)和第二正端子40B的突出部分B1(42B)能够被定位成当在堆叠方向N上以平面图形式观察时不彼此重叠。结果，如在图6A中所示，被连接到第一燃料电池模块的负端子50A和被连接到第二燃料电池模块的正端子40B能够通过导电部件70被连接而在正端子之间没有干扰，并且第一和第二燃料电池模块能够被串联电连接。
可以类似图6A到图6E所示正端子那样布置负端子。因此能够获得满足以上条件(2)和(4)的燃料电池单元。
图7A到图7C是示意根据本公开的燃料电池单元的局部透视图、局部平面视图和局部截面视图。具体地，图7A是示意用于连接图4所示第一燃料电池模块和第二燃料电池模块的方法的示例的概略视图。
图7B是当在第一表面的第一法线方向上观察时图7A所示燃料电池单元的概略平面视图。图7C是当在单电池的堆叠方向上观察时图7A所示燃料电池单元的概略平面视图(概略截面视图)。图7A到图7C所示燃料电池单元满足以上条件(1)和(3)。
如在图7A中所示，在以上方面，第一正端子40A优选地包括基部A1(41A)和从基部A1(41A)朝向电力变换器(电力变换器外壳21)突出的突出部分A1(42A)，并且第二正端子40B优选地包括基部B1(41B)和从基部B1(41B)朝向电力变换器(电力变换器外壳21)突出的突出部分B1(42B)。如在图7B中所示，在燃料电池单元100中，基部A1(41A)和基部B1(41B)优选地被定位成当在第一表面A和第一表面B的第一法线方向M上以平面图形式观察时不彼此重叠。
两个基部不需要一定位于燃料电池组的中央部分中。基部中的一个基部可以位于燃料电池组的中央部分中，并且另一个基部可以不位于燃料电池组的中央部分中。燃料电池组的中央部分如以上所描述。
通过如以上描述地布置基部A1和基部B1，第一正端子40A的突出部分A1(42A)和第二正端子40B的突出部分B1(42B)能够位于垂直于堆叠方向N的同一截面P上，并且如在图7C中所示，第一正端子40A的突出部分A1(42A)和第二正端子40B的突出部分B1(42B)能够被定位成当在堆叠方向N上以平面图形式观察时不彼此重叠。结果，如在图7A中所示，被连接到第一燃料电池模块的负端子50A和被连接到第二燃料电池模块的正端子40B能够通过导电部件70被连接而在正端子之间没有干扰，并且第一和第二燃料电池模块能够被串联电连接。
可以类似图7A到图7C所示正端子布置负端子。因此能够获得满足以上条件(2)和(4)的燃料电池单元。
2.燃料电池单元的部件
(1)燃料电池模块
作为燃料电池模块，根据本公开的燃料电池单元包括第一燃料电池模块和第二燃料电池模块。第一燃料电池模块和第二燃料电池模块中的每一个至少包括是多个单电池的堆叠体的燃料电池组。
(i)燃料电池组
在根据本公开的燃料电池组中，多个单电池被堆叠起来。单电池的数目(堆叠的单电池的数目)典型地是两个或者更多，并且可以是五个或者更多，或者可以是10个或者更多。在第一燃料电池组中堆叠的第一单电池的数目和在第二燃料电池组中堆叠的第二单电池的数目可以相同或者不同。
图8所示燃料电池(单电池)11包括膜电极组件(MEA)6和在其间夹入MEA6的两个分隔器7。在MEA 6中，阴极侧气体扩散层1、阴极催化剂层2、电解质膜3、阳极催化剂层4和阳极侧气体扩散层5被以这个顺序堆叠。第一单电池的材料和第二单电池的材料可以相同或者不同。
电解质膜的示例包括氟电解质膜诸如全氟磺酸膜和非氟电解质膜。非氟电解质膜的示例是碳氢化合物电解质膜。电解质膜的厚度例如是5μm或者更大且100μm或者更小。
阴极催化剂层和阳极催化剂层例如包含加速电化学反应的催化剂金属、支撑催化剂金属的基础材料、质子传导性电解质，和电子传导性碳颗粒。催化剂金属的示例包括诸如铂(Pt)和钌(Ru)的简单金属，和包含Pt的合金。电解质的示例包括氟树脂。基础材料和导电材料的示例包括碳材料诸如碳。阴极催化剂层和阳极催化剂层的厚度每一个例如是5μm或者更大且100μm或者更小。
阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层可以是气体可渗透的导电部件。导电部件的示例包括诸如碳布和碳纸的多孔碳材料，和诸如金属网和金属泡沫的多孔金属材料。阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层的厚度每一个例如是5μm或者更大且100μm或者更小。
每一个分隔器可以在它的面对气体扩散层(阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层)的表面上具有气体通道。分隔器的材料的示例包括金属材料诸如不锈钢和碳材料诸如碳复合材料。每一个分隔器是电子传导性的并且还为产生的电力用作集电器。
(ii)端子板
燃料电池模块典型地在燃料电池组的正和负电极侧上具有端子板。端子板被用于输出由燃料电池组产生的电力。每一个端子板的材料可以例如是金属材料诸如铜、铝，或者包含这些金属材料的合金，或者诸如致密碳的导电材料。每一个端子板的形状和尺寸能够被适当地调节。
(iii)燃料电池外壳
燃料电池外壳可以是能够容纳燃料电池组和端子板的任何形状。
(2)电力变换器
本公开中的电力变换器的位置如以上所描述。
电力变换器不受特别限制，只要它是变换燃料电池模块的电力的部件即可。电力变换器可以是诸如升压变换器、降压变换器，或者能够执行降压和升压这两个操作的降压-升压变换器的变换器，或者可以是将直流电力变换成交流电力的逆变器。燃料电池单元可以包括以上类型的部件中的一个作为电力变换器，或者可以包括以上类型的部件中的两个或者更多作为电力变换器。
电力变换器典型地被容纳在电力变换器外壳中。电力变换器外壳典型地在它的面对燃料电池外壳的表面中具有开口。电力变换器外壳可以具有盖子。电力变换器外壳被联结部件诸如螺栓联结到燃料电池外壳。电力变换器外壳的外形优选地是长方体。电力变换器外壳的材料的示例包括金属材料、诸如铝合金。
(3)正端子和负端子
正端子和负端子分别地被连接到正端子板和负端子板。正端子和负端子每一个是用于电连接燃料电池模块的部件和用于向电力变换器输出由燃料电池组产生的电力的部件。正端子和负端子的材料的示例包括金属材料诸如铜、铝，和包含这些的合金。正端子和负端子在它们的基部处被连接到端子板。
(4)辅助装置
本公开中的辅助装置的位置如以上所描述。
辅助装置的示例包括：用于向燃料电池组供应氧化剂气体的空气压缩机；用于向燃料电池组供应燃料气体的注射器；用于向燃料电池供应燃料废气的循环泵；用于向燃料电池供应冷却剂的电泵；用于对将被供应到燃料电池组的燃料气体和氧化剂气体中的任一个或者这两者加湿的加湿模块；和用于允许和关闭以下之中的至少一个的流动的阀：燃料气体、氧化剂气体，和冷却剂。辅助装置可以是一种类型的装置，或者可以是两种或者更多种类型的装置。
在辅助装置是每一个由多个辅助装置构成的一体化辅助单元的情形中，每一个辅助装置(辅助单元)可以被容纳在期望的外壳中。辅助装置外壳的材料的示例包括金属材料诸如铝合金。
3.燃料电池单元
根据本公开的燃料电池单元的应用包括例如车辆诸如燃料电池电动车辆(FCEV)。根据本公开的燃料电池单元还可以在除了车辆之外的移动体(例如，火车、船舶和飞机)中使用，并且可以在除了移动体之外的应用中使用。
本公开不限于以上实施例。以上实施例是示意性的，并且具有与在本公开的权利要求书中描述的技术思想基本相同的构造，并且具有与其类似的功能和效果的任何方案都被包括在本公开的技术范围中。

Claims (16)

1.一种燃料电池单元，其特征在于包括：
燃料电池模块；和
电力变换器，所述电力变换器被构造成变换所述燃料电池模块的电力，其中：
所述燃料电池模块包括：
第一燃料电池模块，所述第一燃料电池模块包括第一燃料电池组，所述第一燃料电池组是多个第一单电池的堆叠体，和
第二燃料电池模块，所述第二燃料电池模块包括第二燃料电池组，所述第二燃料电池组是多个第二单电池的堆叠体；
所述电力变换器包括：
第一电力变换器，所述第一电力变换器被构造成变换所述第一燃料电池模块的电力，和
第二电力变换器，所述第二电力变换器被构造成变换所述第二燃料电池模块的电力；
所述第一电力变换器位于所述第一燃料电池模块的第一表面上；
所述第二电力变换器位于所述第二燃料电池模块的第一表面上；
所述第一燃料电池模块的所述第一表面和所述第二燃料电池模块的所述第一表面彼此面对；并且
所述第一燃料电池模块的所述第一表面和所述第二燃料电池模块的所述第一表面的第一法线方向正交于所述第一单电池和所述第二单电池的堆叠方向。
2.根据权利要求1所述的燃料电池单元，其特征在于，所述第一电力变换器和所述第二电力变换器被容纳在各自的电力变换器外壳中。
3.根据权利要求1所述的燃料电池单元，其特征在于，所述第一电力变换器和所述第二电力变换器这两者均被容纳在单个电力变换器外壳中。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池单元，所述燃料电池单元的特征在于进一步包括：
第一辅助装置，所述第一辅助装置被构造成辅助所述第一燃料电池模块的操作；和
第二辅助装置，所述第二辅助装置被构造成辅助所述第二燃料电池模块的操作，其中：
所述第一辅助装置位于所述第一燃料电池模块的第二表面上；
所述第二辅助装置位于所述第二燃料电池模块的第二表面上；
所述第一燃料电池模块的所述第二表面和所述第二燃料电池模块的所述第二表面的第二法线方向正交于所述第一法线方向；并且
所述第一辅助装置和所述第二辅助装置彼此面对。
5.根据权利要求4所述的燃料电池单元，其特征在于：
所述第一辅助装置在所述第一法线方向上朝向所述电力变换器突出超过所述第一燃料电池模块；并且
所述第二辅助装置在所述第一法线方向上朝向所述电力变换器突出超过所述第二燃料电池模块。
6.一种燃料电池单元，其特征在于包括：
燃料电池模块；和
电力变换器，所述电力变换器被构造成变换所述燃料电池模块的电力，其中：
所述燃料电池模块包括：
第一燃料电池模块，所述第一燃料电池模块包括第一燃料电池组，所述第一燃料电池组是多个第一单电池的堆叠体，和
第二燃料电池模块，所述第二燃料电池模块包括第二燃料电池组，所述第二燃料电池组是多个第二单电池的堆叠体；
所述电力变换器包括公共电力变换器，所述公共电力变换器被构造成变换所述第一燃料电池模块的电力并且变换所述第二燃料电池模块的电力；
所述公共电力变换器位于所述第一燃料电池模块的第一表面上并且还位于所述第二燃料电池模块的第一表面上，
所述第一燃料电池模块的所述第一表面和所述第二燃料电池模块的所述第一表面彼此面对；并且
所述第一燃料电池模块的所述第一表面和所述第二燃料电池模块的所述第一表面的第一法线方向正交于所述第一单电池和所述第二单电池的堆叠方向。
7.根据权利要求6所述的燃料电池单元，其特征在于，所述公共电力变换器被容纳在单个电力变换器外壳中。
8.根据权利要求6所述的燃料电池单元，其特征在于：
所述第一燃料电池模块包括：
第一正端子板，所述第一正端子板位于所述第一燃料电池组的正电极侧上，
第一负端子板，所述第一负端子板位于所述第一燃料电池组的负电极侧上，和
第一燃料电池外壳，所述第一燃料电池外壳被构造成容纳所述第一燃料电池组、所述第一正端子板和所述第一负端子板；
所述第二燃料电池模块包括：
第二正端子板，所述第二正端子板位于所述第二燃料电池组的正电极侧上，
第二负端子板，所述第二负端子板位于所述第二燃料电池组的负电极侧上，和
第二燃料电池外壳，所述第二燃料电池外壳被构造成容纳所述第二燃料电池组、所述第二正端子板和所述第二负端子板；
所述燃料电池单元进一步包括：
第一正端子，所述第一正端子被连接到所述第一正端子板并且从所述第一燃料电池外壳朝向所述电力变换器突出，
第一负端子，所述第一负端子被连接到所述第一负端子板并且从所述第一燃料电池外壳朝向所述电力变换器突出，
第二正端子，所述第二正端子被连接到所述第二正端子板并且从所述第二燃料电池外壳朝向所述电力变换器突出，和
第二负端子，所述第二负端子被连接到所述第二负端子板并且从所述第二燃料电池外壳朝向所述电力变换器突出；
所述第一正端子包括被连接到所述第一正端子板的第一基部和从所述第一基部朝向所述电力变换器突出的第一突出部分；
所述第一负端子包括被连接到所述第一负端子板的第二基部和从所述第二基部朝向所述电力变换器突出的第二突出部分；
所述第二正端子包括被连接到所述第二正端子板的第三基部和从所述第三基部朝向所述电力变换器突出的第三突出部分；
所述第二负端子包括被连接到所述第二负端子板的第四基部和从所述第四基部朝向所述电力变换器突出的第四突出部分；并且
所述燃料电池单元满足以下条件(1)和(2)中的任一个条件或者两个条件：
(1)所述第一突出部分和所述第三突出部分被定位成当在所述堆叠方向上以平面图形式观察时不彼此重叠；以及
(2)所述第二突出部分和所述第四突出部分被定位成当在所述堆叠方向上以平面图形式观察时不彼此重叠。
9.根据权利要求8所述的燃料电池单元，其特征在于，所述燃料电池单元满足至少所述条件(1)，并且所述第一基部和所述第三基部被定位成当在所述第一法线方向上以平面图形式观察时至少部分地彼此重叠。
10.根据权利要求8所述的燃料电池单元，其特征在于，所述燃料电池单元满足至少所述条件(2)，并且所述第二基部和所述第四基部被定位成当在所述第一法线方向上以平面图形式观察时至少部分地彼此重叠。
11.根据权利要求8所述的燃料电池单元，其特征在于，所述燃料电池单元满足至少所述条件(1)，并且所述第一基部和所述第三基部被定位成当在所述第一法线方向上以平面图形式观察时不彼此重叠。
12.根据权利要求8所述的燃料电池单元，其特征在于，所述燃料电池单元满足至少所述条件(2)，并且所述第二基部和所述第四基部被定位成当在所述第一法线方向上以平面图形式观察时不彼此重叠。
13.根据权利要求8所述的燃料电池单元，其特征在于，所述燃料电池单元满足至少所述条件(1)，并且满足以下条件(3)：
(3)所述第一突出部分和所述第三突出部分位于垂直于所述堆叠方向的同一截面上。
14.根据权利要求8所述的燃料电池单元，其特征在于，所述燃料电池单元满足至少所述条件(2)，并且满足以下条件(4)：
(4)所述第二突出部分和所述第四突出部分位于垂直于所述堆叠方向的同一截面上。
15.根据权利要求6所述的燃料电池单元，所述燃料电池单元的特征在于进一步包括：
第一辅助装置，所述第一辅助装置被构造成辅助所述第一燃料电池模块的操作；和
第二辅助装置，所述第二辅助装置被构造成辅助所述第二燃料电池模块的操作，其中：
所述第一辅助装置位于所述第一燃料电池模块的第二表面上；
所述第二辅助装置位于所述第二燃料电池模块的第二表面上；
所述第一燃料电池模块的所述第二表面和所述第二燃料电池模块的所述第二表面的第二法线方向正交于所述第一法线方向；并且
所述第一辅助装置和所述第二辅助装置彼此面对。
16.根据权利要求15所述的燃料电池单元，其特征在于：
所述第一辅助装置在所述第一法线方向上朝向所述电力变换器突出超过所述第一燃料电池模块；并且
所述第二辅助装置在所述第一法线方向上朝向所述电力变换器突出超过所述第二燃料电池模块。
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