JP6236438B2 - 埋設電源コネクタを有する燃料電池構成部品 - Google Patents

Description

本発明は、運輸省／連邦交通機関から受注した契約番号ＣＡ−０４−７００３−００のもと、政府の支持を受けてなされたものである。したがって、政府は、この発明について一定の権利を有する。

燃料電池は電気化学反応によって電気を提供する。一般的な燃料電池デバイスは、複数の個別の燃料電池ユニットの電池スタック組立体を備える。電池スタック組立体の端部における集電体は、電気化学反応によって生じる電流を収集する。一般的に、エンドプレートは、集電体に当てて配置されている。エンドプレートは、電池スタック組立体をひとまとめに保持するための構造の一部である押圧板としてよく用いられる。

一般的に、エンドプレートにコネクタを取り付けることによって、燃料電池から電気エネルギーを得ることが達成される。ボルトなどの締結具を使用する機械的接続部が、エンドプレートでの導電接続部を構築する。そのような構成は効果的で有用であることが分かっているが、これらは欠点がないわけではない。機械的接続箇所は、接続部のいたる所で潜在的な電圧損失の可能性をもたらす。さらに、機械的接続部で発熱する可能性がある。また、機械的接続部は、追加の作業時間をもたらすと共に、組立誤差が生じやすい。

例示的な燃料電池構成部品は、導電性材料を含むプレートを備える。電気コネクタは、プレート内に埋め込まれた第一の部分を備える。電気コネクタの第二の部分はプレートから延在している。第二の部分は、別のデバイスとの導電接続部になるように構成されている。

例示的な燃料電池デバイスは、複数の燃料電池を含む電池スタック組立体を備える。電池スタック組立体の一端のエンドプレートは、導電性材料を含む。電気コネクタは、エンドプレート内に埋め込まれた第一の部分を備える。電気コネクタの第二の部分は、エンドプレートから延在している。第二の部分は、別のデバイスとの導電接続部になるように構成されている。

例示的な燃料電池構成部品の製造方法は、導電性材料を含むプレートを形成するステップを含む。導電性コネクタの第一の部分は、コネクタの第二の部分をプレートから延在させながら、プレート内に埋め込まれる。

開示された実施例の種々の特徴及び利点は、以下の詳細な説明から当業者にとって明らかになるであろう。詳細な説明に伴う図面は、下記のとおり簡単に説明することができる。

図１は、本発明の実施形態に従って設計された燃料電池デバイスの一例を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に従って設計された燃料電池構成部品の一例を示す図である。 図３は、導電性コネクタの一例を示す図である。 図４Ａは、図２の例などの燃料電池構成部品の製造方法の一例を模式的に示す図である。 図４Ｂは、図２の例などの燃料電池構成部品の製造方法の一例を模式的に示す図である。 図４Ｃは、図２の例などの燃料電池構成部品の製造方法の一例を模式的に示す図である。 図４Ｄは、図２の例などの燃料電池構成部品の製造方法の一例を模式的に示す図である。

図１は、電気化学反応に基づいて電気を発生させるのに有用である燃料電池デバイス２０を図示している。電池スタック組立体２２は、公知の方法で配置された複数の個別の燃料電池ユニットを備える。構造２４は、電池スタック組立体２２をひとまとめに保持するための押圧板２６を備えている。

エンドプレート３０は、押圧板２６と電池スタック組立体２２との間に受け入れられる。エンドプレート３０は、導電性材料を含む。一例では、導電性材料は、炭素系である。エンドプレート３０の一例は、黒鉛を含む。

エンドプレート３０は、電池スタック組立体２２の中に発生した電流を集めるための集電体として構成されている。

図２はエンドプレート３０を図示している。エンドプレート３０は、エンドプレート３０の中に埋め込まれた導電性コネクタ３２を備える。導電性コネクタ３２は、燃料電池デバイス２０によって電源を入れようとする電気機器（ｌｏａｄ）などの別のデバイスとの導電接続部になるように構成された端部３４を有する。導電性コネクタ３２は、エンドプレート３０の中に埋め込まれた第一の部分３６を備える。導電性コネクタ３２の第二の部分３８は、エンドプレート３０から延在している。

一例では、導電性コネクタ３２の第一の部分３６は、エンドプレート３０の材料によって完全に囲まれている。別の例では、第一の部分３６は、エンドプレート３０の材料によって少なくとも部分的に包まれている。

図３は、導電性コネクタ３２の一例を図示している。この例では、可撓性ワイヤの複数のストランドを備える。この例では、導電性コネクタ３２の全体が可撓性である。いくつかの例は、概ね平坦なコネクタを備え、このコネクタは、コネクタの幅よりも大きい長さを有する。前記幅は、コネクタの厚さよりも大きい。

図３の例は、編組線の構成を備える。導電性コネクタ３２のいくつかのワイヤストランドの間は間隔があいている。一例では、導電性コネクタ３２がエンドプレート３０の中に埋め込まれている際、エンドプレート３０の導電性材料の少なくとも一部は、導電性コネクタ３２の種々のストランドの間の間隔の中に受け入れられている。導電性材料が導電性コネクタ３２の本体を取り囲むと共に少なくとも部分的に前記本体に入り込み、より信頼性の高い機械的接続部がエンドプレート３０の材料と導電性コネクタ３２との間に構築される。導電性コネクタ３２のワイヤストランド間の間隔の中に受け入れられた導電性材料は、エンドプレート３０の材料と導電性コネクタ３２との間の導電接続部を改善するための表面接触量を増加させる。

図４Ａ〜図４Ｄは、例えばエンドプレート３０等の燃料電池構成部品の製造方法の一例を模式的に図示している。モールド４０は、金型部４２，４４を備える。図示の例では、金型部４２は、トレイとして構成されており、このトレイの中に成型可能な形態の導電性材料が入れられる。図４Ａの例では、例えば黒鉛等の粉末状の導電性材料が、金型部４２の中に配置される。図４Ｂに示すように、少なくとも導電性コネクタ３２の第一の部分３６が、金型部４２の中に置かれる。図４Ｃに示すように、追加の導電性材料４６が、金型部４２に加えられる。この例では、追加の導電性材料が、導電性コネクタ３２の第一の部分３６を完全に覆う。

所望の量の成型可能な導電性材料４６がモールド４０内に入ったら、第二の金型部４４と第一の金型部４２とが、エンドプレート３０を形成するために合わせられる。一例では、熱と圧力がかけられることで、導電性コネクタ３２の第一の部分３６をエンドプレートの材料の中に埋め込ませたまま、固体のエンドプレート３０が形成される。

開示された例では、導電性コネクタと燃料電池デバイスとの間の機械的接続を行う必要がない。したがって、一体化された電気コネクタ３２を有するエンドプレート３０によって、発熱、電圧損失、組立誤差、またはこれらの組み合わせの潜在的な原因が取り除かれる。埋め込まれたコネクタ３２は、取り扱わなければならない構成部品の数と、燃料電池デバイスの組み立てに必要な時間を低減させる。図示の例では、別個の集電体とエンドプレートが不要であり、さらなるコスト削減がもたらされる。

別個の金属集電板の如何なる必要性をも排除することで、別の利点をもたらす。非多孔質の黒鉛のエンドプレート３０を備える例では、金属集電体プレートを使用した場合に生じることがあるような腐食の心配がない。

上述の説明は、本質的に限定するものではなくて例示的なものである。開示された実施例に対する変形および修正は、当業者にとって明らかになるであろうし、それは、本発明の本質から必ずしも逸脱しない。本発明に与えられる法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによって決定することができる。

２０ 燃料電池デバイス
２２ 電池スタック組立体
２６ 押圧板
３０ エンドプレート
３２ コネクタ（電気コネクタ、導電性コネクタ）
３４ 端部
３６ 第一の部分
３８ 第二の部分
４０ モールド
４２ 金型部（第一の金型部）
４４ 金型部（第二の金型部）
４６ 導電性材料

Claims (14)

1. 導電性材料を含むプレートと、
   前記プレート内に埋め込まれた第一の部分、及び前記プレートから延在する第二の部分を備え、前記第二の部分が負荷との導電接続部となるように構成されている、電気コネクタと、を備え、
   前記プレートが、燃料電池スタック組立体の端部のための集電体として構成され、
   前記電気コネクタには、複数の可撓性のあるワイヤストランドが、少なくともいくつかの前記ワイヤストランドの間に間隔をあけて備えられており、前記プレートの材料の一部が前記間隔の中に受け入れられ、
   前記電気コネクタが、編組ケーブルを備えることを特徴とする燃料電池構成部品。
2. 前記電気コネクタの前記第一の部分が前記プレートの材料によって完全に囲まれていることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池構成部品。
3. 前記プレートが燃料電池スタック組立体の端部に位置付けられるように構成されたエンドプレートを備えることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池構成部品。
4. 前記電気コネクタは、長さ、幅、厚さがあり、
   前記厚さ及び前記幅は、前記長さに対して直角であり、
   前記幅は前記厚さよりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池構成部品。
5. 前記プレートが炭素を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池構成部品。
6. 前記プレートが黒鉛を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池構成部品。
7. 複数の燃料電池を備える電池スタック組立体と、
   前記電池スタック組立体の一端のエンドプレートであって、導電性材料を含むエンドプレートと、
   前記エンドプレート内に埋め込まれた第一の部分、前記エンドプレートから延在する第二の部分を備え、前記第二の部分が負荷との導電接続部となるように構成されている、電気コネクタと、を備え、
   前記エンドプレートが、前記電池スタック組立体の端部の集電体として構成され、
   前記電気コネクタには、複数の可撓性のあるワイヤストランドが、少なくともいくつかの前記ワイヤストランドの間に間隔をあけて備えられており、前記エンドプレートの材料の一部が前記間隔の中に受け入れられ、
   前記電気コネクタが、編組ケーブルを備えることを特徴とする燃料電池デバイス。
8. 前記電気コネクタの前記第一の部分が前記エンドプレートの材料によって完全に囲まれていることを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池デバイス。
9. 前記エンドプレートが炭素を含むことを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池デバイス。
10. 前記エンドプレートが黒鉛を含むことを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池デバイス。
11. 前記電気コネクタは、長さ、幅、厚さがあり、
    前記厚さ及び前記幅は、前記長さに対して直角であり、
    前記幅は前記厚さよりも大きいことを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池デバイス。
12. 導電性材料を含むプレートを形成するステップと、
    導電性コネクタの第一の部分を、前記導電性コネクタの第二の部分を前記プレートから延在させながら、前記プレートに埋め込むステップと、を含み、
    前記プレートが、燃料電池スタック組立体の端部のための集電体として構成され、
    前記導電性コネクタには、複数の可撓性のあるワイヤストランドが、少なくともいくつかの前記ワイヤストランドの間に間隔をあけて備えられており、前記プレートに埋め込むステップにおいて、前記プレートの材料の一部が前記間隔の中に受け入れられ、
    前記導電性コネクタが、編組ケーブルを備えることを特徴とする燃料電池構成部品の製造方法。
13. 前記埋め込むステップは、前記導電性コネクタの前記第一の部分を前記プレートの材料によって完全に取り囲むステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の燃料電池構成部品の製造方法。
14. 導電性材料を含む粉末をモールドの中に入れるステップと、
    前記導電性コネクタの前記第一の部分を前記モールド内に置くステップと
    前記第一の部分が前記モールド内にある間に、前記モールド内の前記粉末に熱と圧力をかけるステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の燃料電池構成部品の製造方法。

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