專利名稱：燃料電池堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池堆，該燃料電池堆具備層疊體，且在所述層疊體的層疊方向兩端層疊有接線板、絕緣板及端板，該層疊體中設(shè)有燃料電池且該層疊體通過將多個(gè)所述燃料電池層疊而成，該燃料電池層疊有在電解質(zhì)膜的兩側(cè)設(shè)有一對電極的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體和隔板。
背景技術(shù)：
例如，固體高分子型燃料電池具備通過一對隔板夾持電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體 (MEA)的發(fā)電單元，該電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(MEA)在由高分子離子交換膜構(gòu)成的電解質(zhì)膜的兩側(cè)分別配設(shè)有陽極側(cè)電極及陰極側(cè)電極。此種燃料電池通常通過層疊規(guī)定個(gè)數(shù)(例如，幾百)的發(fā)電單元，而作為例如車載用燃料電池堆使用。燃料電池堆具備層疊有多個(gè)發(fā)電單元的層疊體，在所述層疊體的層疊方向兩端層疊有接線板、絕緣板及端板。此時(shí)，由于接線板或端板的散熱量大，尤其是配置在層疊體的層疊方向兩端側(cè)的發(fā)電單元的溫度容易降低，因而存在所述發(fā)電單元的發(fā)電性能降低這一問題。因此，已知有例如專利文獻(xiàn)1所公開的固體高分子型燃料電池堆。該固體高分子型燃料電池堆通過將發(fā)電單元沿水平方向?qū)盈B多個(gè)而構(gòu)成，該發(fā)電單元通過一對電極夾持固體高分子電解質(zhì)膜，并通過一對隔板夾持其外側(cè)。并且，在位于層疊方向的至少一方的端部的發(fā)電單元與配設(shè)在其外側(cè)的接線板之間夾設(shè)有隔熱層。專利文獻(xiàn)1日本特開2002-184449號(hào)公報(bào)然而，在上述的固體高分子型燃料電池堆中，雖然在層疊方向端部的發(fā)電單元與接線板之間設(shè)有隔熱層，但容易從所述接線板自身引起散熱。尤其是從接線板向?qū)盈B方向突出的電力取出用的端子部(連接端子)散發(fā)的散熱量變多。因此，有可能會(huì)發(fā)生堆端部的溫度降低，層疊方向端部的發(fā)電單元的發(fā)電性能降低這一情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決此種問題，其目的在于提供一種能夠良好地抑制從接線板的散熱，尤其是能夠盡可能地阻止配置在層疊方向端部的燃料電池的發(fā)電性能的降低的燃料電池堆。本發(fā)明涉及一種燃料電池堆，其具備層疊體，且在所述層疊體的層疊方向兩端層疊有接線板、絕緣板及端板，該層疊體中設(shè)有燃料電池且該層疊體通過將多個(gè)所述燃料電池層疊而成，該燃料電池層疊有在電解質(zhì)膜的兩側(cè)設(shè)有一對電極的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體和隔板。在該燃料電池堆中，接線板在內(nèi)部具有通過分隔壁部分割形成的多個(gè)空間部，并且在面對絕緣板的板面上的沿層疊方向與所述分隔壁部不重疊的位置上，設(shè)有向所述層疊方向外方突出而從端板露出的連接端子。
另外，在該燃料電池堆中，優(yōu)選分隔壁部從接線板的相互對置的一端部朝向另一端部呈直線狀地延伸，并且空間部從所述一端部朝向所述另一端部貫通所述接線板。并且，在該燃料電池堆中，優(yōu)選接線板在與設(shè)有連接端子的板面相反的板面上形成有與在層疊方向上和所述連接端子重合的空間部連通的開口部。并且，在該燃料電池堆中，優(yōu)選在與開口部連通的空間部中配設(shè)有用于承受連接端子的塊部件。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，由于在接線板的內(nèi)部通過分隔壁部形成有多個(gè)空間部，因此所述空間部作為隔熱層而發(fā)揮作用。因此，能夠良好地抑制從接線板的散熱。而且，在接線板上的沿層疊方向與分隔壁部不重疊的位置上，即在與空間部重疊的位置上設(shè)有向所述層疊方向外方突出的連接端子。因此，從配置在層疊方向端部的燃料電池到連接端子的熱量的移動(dòng)路徑變長，從而能有效地抑制從所述連接端子的散熱。由此， 尤其是能夠盡可能地阻止配置在層疊方向端部的燃料電池因溫度降低引起的發(fā)電性能的降低。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的燃料電池堆的立體說明圖。
圖2是所述燃料電池堆的圖1中的II-II線剖視圖。
圖3是構(gòu)成所述燃料電池堆的燃料電池的主要部分分解立體說明圖。
圖4是構(gòu)成所述燃料電池堆的接線板的立體說明圖。
圖5是基于所述接線板的熱路徑的說明圖。
圖6是本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及的燃料電池堆的剖視圖。
符號(hào)說明
10、100…燃料電池堆
12…燃料電池
13…層疊體
14a、14b、102a、10 …接線板
16a、16b...絕緣板
18a、18b...端板
20…電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體
22J4…隔板
26a…氧化劑氣體入口連通孔
26b…氧化劑氣體出口連通孔
^a···冷卻介質(zhì)入口連通孔
2 …冷卻介質(zhì)出口連通孔
30a…燃料氣體入口連通孔
30b…燃料氣體出口連通孔
32…氧化劑氣體流路
；34…燃料氣體流路
36…冷卻介質(zhì)流路42…固體高分子電解質(zhì)膜44…陰極側(cè)電極46…陽極側(cè)電極50al、50a2、104al、104a2、104a3、104a4 …分隔壁部52al、52a2、52a3、106al、106a2、106a3、106a4、106a5 …空間部54a、108a、112a...板面56a、56b、110a、IlOb …連接端子60…連結(jié)部件114a...開口部116a、116b …塊部件
具體實(shí)施例方式如圖1及圖2所示，本發(fā)明的第一實(shí)施方式的燃料電池堆10具備將多個(gè)燃料電池 (發(fā)電單元)12沿箭頭A方向(水平方向或鉛垂方向)層疊而成的層疊體13。在層疊體13的層疊方向一端配設(shè)有接線板14a、絕緣板16a及端板18a。在層疊體13的層疊方向另一端配設(shè)有接線板14b、絕緣板16b及端板18b。如圖2及圖3所示，燃料電池12中，電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(MEA) 20由第一及第二隔板22、M夾持。第一及第二隔板22、24例如由鋼板、不銹鋼板、鋁板、鍍敷處理鋼板、或?qū)ζ浣饘俦砻鎸?shí)施了防蝕用的表面處理的縱長形狀的金屬板構(gòu)成。第一及第二隔板22、對其平面具有矩形形狀，并通過將金屬制薄板沖壓加工成波形形狀而成形為截面凹凸形狀。需要說明的是，第一及第二隔板22、M例如也可以由碳隔板構(gòu)成。在燃料電池12的箭頭C方向(圖3中的鉛垂方向)的上端緣部，沿箭頭B方向排列設(shè)置有沿層疊方向即箭頭A方向相互連通的用于供給氧化劑氣體例如含氧氣體的氧化劑氣體入口連通孔沈&、沿箭頭A方向相互連通的用于供給冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)入口連通孔^a、以及沿箭頭A方向相互連通的用于供給燃料氣體例如含氫氣體的燃料氣體入口連通孔30a。在燃料電池12的箭頭C方向的下端緣部，沿箭頭B方向排列設(shè)置有沿箭頭A方向相互連通的用于排出燃料氣體的燃料氣體出口連通孔30b、沿箭頭A方向相互連通的用于排出冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)出口連通孔^b、以及沿箭頭A方向相互連通的用于排出氧化劑氣體的氧化劑氣體出口連通孔^b。在第一隔板22的朝向電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體20的面2 上沿鉛垂方向設(shè)置有與氧化劑氣體入口連通孔26a和氧化劑氣體出口連通孔26b連通的氧化劑氣體流路32。在第二隔板M的朝向電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體20的面2 上沿鉛垂方向設(shè)置有與燃料氣體入口連通孔30a和燃料氣體出口連通孔30b連通的燃料氣體流路34。在彼此相鄰的構(gòu)成燃料電池12的第一隔板22的面22b與第二隔板M的面24b 之間，沿鉛垂方向設(shè)置有將冷卻介質(zhì)入口連通孔28a和冷卻介質(zhì)出口連通孔28b連通的冷卻介質(zhì)流路36。在第一隔板22的面22a、22b上一體或分別設(shè)有第一密封部件38，并且在第二隔板24的面Ma、24b上一體或分別設(shè)有第二密封部件40。第一及第二密封部件38、40例如使用EPDM、NBR、氟橡膠、硅橡膠、氟硅橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、苯乙烯橡膠、氯丁二烯或丙烯酸橡膠等密封材料、緩沖材料、或填充材料。電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體20例如具備水浸漬于全氟磺酸的薄膜的固體高分子電解質(zhì)膜42、夾持所述固體高分子電解質(zhì)膜42的陰極側(cè)電極44及陽極側(cè)電極46。陰極側(cè)電極44及陽極側(cè)電極46具有由碳素紙等構(gòu)成的氣體擴(kuò)散層和將在表面擔(dān)載有鉬合金的多孔質(zhì)碳粒子一樣地涂敷于所述氣體擴(kuò)散層的表面上而形成的電極催化劑層。電極催化劑層形成在固體高分子電解質(zhì)膜42的兩面。如圖2所示，在絕緣板16a、16b上形成有凹部48a、48b，在所述凹部48a、48b中收容接線板14a、14b。如圖2及圖4所示，接線板14a在內(nèi)部具有通過例如兩個(gè)分隔壁部50al、50a2分割形成的多個(gè)例如三個(gè)空間部52al、52a2及52a3。各分隔壁部50al、50a2從接線板Ha的相互對置的一端部朝向另一端部(圖4中的箭頭C方向)呈直線狀地延伸，并且空間部52al、 52a2及52a3從所述一端部朝向所述另一端部貫通所述接線板14a。具體而言，使用由作為導(dǎo)電性材料的鋁或銅構(gòu)成的板部件，通過壓出成形或拉拔成形而形成各分隔壁部50al、 50a2o在接線板14a的面對絕緣板16a的板面5 上的沿層疊方向(箭頭A方向)與分隔壁部50al、50a2不重疊的位置上、例如相對于所述層疊方向與空間部52a2重疊的位置上設(shè)有向所述層疊方向外方突出而從端板18a露出的連接端子(電力取出端子)56a。連接端子56a具有圓柱形狀，并且通過摩擦攪拌接合(FSW)或摩擦焊接(FW)等固接于板面5 上，外裝絕緣筒體58a并將其插入到端板18a中。需要說明的是，連接端子 56a能夠設(shè)定成棱柱狀或L字狀等各種形狀。另外，接線板14b與上述的接線板14a同樣構(gòu)成，對于同一結(jié)構(gòu)要素，在同一參照數(shù)字后附加b來取代a，并省略其詳細(xì)說明。如圖1所示，在端板18a與端板18b之間架設(shè)有多根連結(jié)部件60。連結(jié)部件60具有長條的板狀，在燃料電池堆10的長邊側(cè)各配設(shè)兩根，且在所述燃料電池堆10的短邊側(cè)各配設(shè)一根。連結(jié)部件60的箭頭A方向的兩端部通過螺栓62固定在端板18a及端板18b的側(cè)部，沿層疊方向?qū)λ龆税?8a、18b之間施加規(guī)定的緊固載荷。以下，對這樣構(gòu)成的燃料電池堆10的動(dòng)作進(jìn)行說明。首先，如圖1所示，向氧化劑氣體入口連通孔26a供給含氧氣體等氧化劑氣體，并向燃料氣體入口連通孔30a供給含氫氣體等燃料氣體。而且，向冷卻介質(zhì)入口連通孔^a 供給純水或乙二醇、油等冷卻介質(zhì)。因此，如圖3所示，氧化劑氣體從氧化劑氣體入口連通孔26a被導(dǎo)入第一隔板22 的氧化劑氣體流路32。氧化劑氣體向箭頭C方向下方移動(dòng)，并向構(gòu)成電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體20的陰極側(cè)電極44供給。另一方面，燃料氣體從燃料氣體入口連通孔30a被導(dǎo)入第二隔板M的燃料氣體流路34。該燃料氣體向箭頭C方向下方移動(dòng)，并向構(gòu)成電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體20的陽極側(cè)電極46供給。因此，在電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體20中，向陰極側(cè)電極44供給的氧化劑氣體和向陽極側(cè)電極46供給的燃料氣體在電極催化劑層內(nèi)通過電化學(xué)反應(yīng)而被消耗，進(jìn)行發(fā)電。各燃料電池12被電串聯(lián)連接，從在接線板14a、14b上設(shè)置的連接端子56a、56b向外部取出電力，例如，驅(qū)動(dòng)未圖示的行駛用電動(dòng)機(jī)，其中所述接線板14a、14b配置在所述燃料電池12的
層疊方向兩端。接著，向陰極側(cè)電極44供給而被消耗的氧化劑氣體沿著氧化劑氣體出口連通孔 26b向箭頭A方向排出。另一方面，向陽極側(cè)電極46供給而被消耗的燃料氣體沿著燃料氣體出口連通孔30b向箭頭A方向排出。另外，向冷卻介質(zhì)入口連通孔28a供給的冷卻介質(zhì)在被導(dǎo)入第一及第二隔板22、 24之間的冷卻介質(zhì)流路36，向箭頭C方向下方流通。該冷卻介質(zhì)在對電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體20進(jìn)行冷卻后，向冷卻介質(zhì)出口連通孔28b排出。這種情況下，在第一實(shí)施方式中，如圖2及圖4所示，接線板1 在內(nèi)部具有通過兩個(gè)分隔壁部50al、50a2分割形成的三個(gè)空間部52al、52a2及52a3。因此，在接線板1 中，各空間部52al、52a2及52a3能夠作為隔熱層發(fā)揮作用，從而能夠良好地抑制從所述接線板14a的散熱。而且，在接線板14a的面對絕緣板16a的板面5 上的沿層疊方向與分隔壁部 50aU50a2不重疊的位置(例如，相對于所述層疊方向與空間部52a2重疊的位置)上設(shè)有連接端子56a。因此，如圖5所示，從配置在層疊體13的端部上的燃料電池12到連接端子56a的熱量的移動(dòng)路徑(熱路徑)相當(dāng)長。由此，能得到如下效果，即，能有效地抑制從連接端子 56a的散熱，尤其是能夠盡可能地阻止配置在層疊方向端部上的燃料電池12因溫度降低引起的發(fā)電性能的降低。此外，在接線板14a中，各分隔壁部50al、50a2從所述接線板14a的相互對置的一端部朝向另一端部(圖4中的箭頭C方向)呈直線狀地延伸，并且空間部52al、52a2及 52a3從所述一端部朝向所述另一端部貫通所述接線板14a。因此，接線板14a能夠通過壓出成形或拉拔成形來制作出空間部52al、52a2及 52a3，從而良好地削減所述接線板1 的加工費(fèi)用，從而得到經(jīng)濟(jì)性這一優(yōu)點(diǎn)。需要說明的是，空間部52al、52a2及52a3在接線板1 的短邊側(cè)開口，但并不局限于此，也可以在長邊側(cè)開口。圖6是本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及的燃料電池堆100的簡要剖視說明圖。需要說明的是，對與第一實(shí)施方式涉及的燃料電池堆10相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的參照符號(hào)，并省略其詳細(xì)說明。燃料電池堆100具備接線板l(^a、102b。接線板10 在內(nèi)部具有通過例如四個(gè)分隔壁部104al、104a2、104a3及104a4分割形成的多個(gè)例如五個(gè)空間部106al、106a2、106a3、 106a4 及 106a5。各分隔壁部104al、104a2、104a3及104a4從接線板10 的相互對置的一端部朝向另一端部呈直線狀地延伸，并且空間部106al、106a2、106a3、106a4及106a5從所述一端部朝向所述另一端部貫通所述接線板10加。在接線板10 的面對絕緣板16a的板面108a上的沿層疊方向(箭頭A方向)與分隔壁部104al、104a2、104a3及104a4不重疊的位置上、例如相對于所述層疊方向與空間部106a3重疊的位置上，設(shè)有向所述層疊方向外方突出而從端板18a露出的連接端子(電力取出端子)110a。接線板10 在與設(shè)有連接端子IlOa的板面108a相反的板面11 上形成有與空間部106a3連通的焊接作業(yè)用的開口部114a，該空間部106a3在層疊方向上與所述連接端子IlOa重合。在與該開口部IHa連通的空間部106a3中配設(shè)有用于承受連接端子IlOa 的塊部件116a。塊部件116a作為用于從背面?zhèn)戎С羞B接端子IlOa的背面支承部件而發(fā)揮作用，其由低熱傳導(dǎo)性或非熱傳導(dǎo)性的材料形成。需要說明的是，接線板102b與上述的接線板10 同樣構(gòu)成，對于同一結(jié)構(gòu)要素， 在同一參照數(shù)字后附加b來取代a，并省略其詳細(xì)說明。在這樣構(gòu)成的第二實(shí)施方式中，能得到與上述的第一實(shí)施方式同樣的效果，并且配置有塊部件116a、116b作為連接端子IlOaUlOb的背面支承部件，從而能夠更牢固地保持所述連接端子110a、110b。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池堆，其具備層疊體，且在所述層疊體的層疊方向兩端層疊有接線板、絕緣板及端板，該層疊體中設(shè)有燃料電池且該層疊體通過將多個(gè)所述燃料電池層疊而成，該燃料電池層疊有在電解質(zhì)膜的兩側(cè)設(shè)有一對電極的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體和隔板，所述燃料電池堆的特征在于，所述接線板在內(nèi)部具有通過分隔壁部分割形成的多個(gè)空間部，并且在面對所述絕緣板的板面上的沿層疊方向與所述分隔壁部不重疊的位置上，設(shè)有向所述層疊方向外方突出而從所述端板露出的連接端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于，所述分隔壁部從所述接線板的相互對置的一端部朝向另一端部呈直線狀地延伸，并且所述空間部從所述一端部朝向所述另一端部貫通所述接線板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池堆，其特征在于，所述接線板在與設(shè)有所述連接端子的所述板面相反的板面上形成有與在所述層疊方向上和所述連接端子重合的所述空間部連通的開口部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池堆，其特征在于，在與所述開口部連通的所述空間部中配設(shè)有用于承受所述連接端子的塊部件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠良好地抑制從接線板的散熱，尤其是能夠盡可能地阻止配置在層疊方向端部上的燃料電池的發(fā)電性能的降低的燃料電池堆。燃料電池堆(10)層疊有多個(gè)燃料電池(12)，并且在所述燃料電池(12)的層疊方向一端配設(shè)有接線板(14a)、絕緣板(16a)及端板(18a)。接線板(14a)在內(nèi)部具有通過分隔壁部(50a1、50a2)分割形成的空間部(52a1、52a2、52a3)。在接線板(14a)的面對絕緣板(16a)的板面(54a)上的沿層疊方向與分隔壁部(50a1、50a2)不重疊的位置上，設(shè)有向?qū)盈B方向外方突出而從端板(18a)露出的連接端子(56a)。
文檔編號(hào)H01M8/24GK102386432SQ201110219219
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者小林剛, 水崎君春, 西山忠志 申請人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社