燃料電池堆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種具有由多個(gè)燃料電池單元層疊而成的結(jié)構(gòu)的燃料電池堆。
【背景技術(shù)】
[0002]作為該種燃料電池堆，關(guān)于燃料電池堆結(jié)構(gòu)的名稱在專利文獻(xiàn)I中被公開。專利文獻(xiàn)I公開的燃料電池堆結(jié)構(gòu)如下:將多個(gè)電池層疊起來構(gòu)成多電池模塊，將多個(gè)該多電池模塊在電池層疊方向上串聯(lián)排列，利用密封條(日文:匕'一卜''力'只少一卜)將多電池模塊間密封起來。
[0003]專利文獻(xiàn)1:日本國特開2005-190706號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明要解決的問題
[0005]但是，對于上述那樣的燃料電池堆結(jié)構(gòu)而言，形成為在多電池模塊彼此之間夾設(shè)像密封條這樣不同種類的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，存在由于構(gòu)件的尺寸誤差導(dǎo)致層疊方向的荷重傳遞不充分的問題，由此，可能在各電池(燃料電池單元)的發(fā)電性能方面存在偏差等。
[0006]本發(fā)明是鑒于上述以往的狀況做成的，其目的在于提供一種燃料電池堆，該燃料電池堆具有兩個(gè)以上的電池模塊和夾設(shè)在電池模塊間的新的密封板件，能夠良好地進(jìn)行層疊方向的荷重傳遞。
_7] 用于解決問題的方案
[0008]本發(fā)明的燃料電池堆具有:電池模塊，其至少存在兩個(gè)以上，由多個(gè)燃料電池單元彼此層疊并一體化而成；密封板件，其夾設(shè)在電池模塊之間。密封板件在其周緣部上具有將密封板件的周緣部和電池模塊的周緣部之間密封的密封構(gòu)件。而且，燃料電池堆構(gòu)成為在電池模塊和密封板件之間的密封內(nèi)側(cè)區(qū)域設(shè)置有用于在層疊方向上傳遞荷重的構(gòu)件接觸部件，并且將上述結(jié)構(gòu)作為解決以往的課題的手段。
[0009]發(fā)明的效果
[0010]本發(fā)明的燃料電池堆采用上述結(jié)構(gòu)，具有兩個(gè)以上的電池模塊和夾設(shè)在電池模塊間的密封板件，能夠良好地進(jìn)行層疊方向的荷重傳遞。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)各燃料電池單元的面壓、接觸電阻的均勻化以及各燃料電池單元的發(fā)電功能的均勻化。
【附圖說明】
[0011]圖1的㈧是燃料電池堆的立體圖，圖1的⑶是燃料電池堆的立體分解圖。
[0012]圖2的㈧是電池模塊的俯視圖，圖2的⑶是密封板件的俯視圖。
[0013]圖3是用于說明本發(fā)明的燃料電池堆的一個(gè)實(shí)施例的、電池模塊間的局部剖視圖。
[0014]圖4是用于說明本發(fā)明的燃料電池堆的其他實(shí)施方式的、電池模塊間的局部剖視圖。
[0015]圖5的(A)是表示粘接劑硬化溫度和電池模塊的變形量以及接觸面積的關(guān)系的圖表，圖5的(B)是電池模塊的說明圖。
[0016]圖6的㈧、⑶是用于說明燃料電池堆的其他實(shí)施方式的各個(gè)剖視圖。
[0017]圖7的㈧、⑶是用于說明燃料電池堆的其他實(shí)施方式的各個(gè)剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018](第I實(shí)施方式)
[0019]對于圖1所示的燃料電池堆FS，尤其是如圖1的⑶所示那樣，其具有:電池模塊M，該電池模塊M至少存在兩個(gè)以上，是由多個(gè)燃料電池單元C彼此層疊并一體化而成的；密封板件P，其夾設(shè)在電池模塊M之間。如圖2所示，圖示例的燃料電池單元C和密封板件P形成為長方形形狀，它們的長寬尺寸分別大致相同。另外，雖然在圖1的(B)中示出兩個(gè)電池模塊M和一個(gè)密封板件P，但實(shí)際上，層疊有比以上的數(shù)目多的電池模塊M和密封板件P。
[0020]另外，燃料電池堆FS在電池模塊M的層疊方向的兩端部分別配置有端板56A、56B，在作為燃料電池單元C的長邊側(cè)的兩個(gè)面上(圖1中的上下面)設(shè)置有連結(jié)板57A、57B，并且在作為短邊側(cè)的兩個(gè)面上設(shè)置有加強(qiáng)板58A、58B。各連結(jié)板57A、57B和加強(qiáng)板58A、58B利用未圖不的螺栓與兩個(gè)端板56A、56B相連結(jié)。
[0021]這樣一來，燃料電池堆FS形成為像圖1的(A)所示的盒體型結(jié)構(gòu)，在層疊方向上對各電池模塊M和密封板件P進(jìn)行束縛和加壓并向各個(gè)燃料電池單元C上施加規(guī)定的接觸面壓，以維持氣體密封性、導(dǎo)電性等良好。
[0022]圖3是沿著燃料電池單元C的短邊方向的燃料電池堆FS的主要部件的剖視圖。燃料電池單元C具有:膜電極接合體1、夾持膜電極接合體I的一對隔板2、2，并且在膜電極接合體I和各隔板2、2之間形成有陰極氣體和陽極氣體各自的氣體流路GC、GA。
[0023]膜電極接合體I 一般被稱為MEA (Membrane Electrode Assembly)，省略詳細(xì)的圖示，具有利用陰極電極層和陽極電極層夾持由固體高分子構(gòu)成的電解質(zhì)層而成的結(jié)構(gòu)。該膜電極接合體I在其外周上一體化地形成有樹脂制的框架(未圖示)，在框架上形成有能夠用于進(jìn)行反應(yīng)氣體的供給和排出的歧管孔等。
[0024]如圖3所示，各隔板2是具有表背翻轉(zhuǎn)形狀的金屬制的板構(gòu)件，例如是不銹鋼制的，能夠通過沖壓加工成形成適宜的形狀。隔板2的至少與膜電極接合體I對應(yīng)的部分形成為截面凹凸形狀。該隔板2沿著長邊方向連續(xù)地具有截面凹凸形狀，在使波形凸部與膜電極接合體I接觸的同時(shí)，在波形凹部和膜電極接合體I之間形成陰極的氣體流路GC和陽極的氣體流路GA。
[0025]如圖2的(A)所示，上述燃料電池單元C在短邊兩側(cè)分別排列有3個(gè)歧管孔Hl?H3、H4?H6。這些歧管孔Hl?H6分別形成于膜電極接合體I的框架、各隔板2的相同位置，在構(gòu)成了燃料電池單元C時(shí)彼此連通。
[0026]圖2的左側(cè)所示的各歧管孔Hl?H3從上側(cè)依次為陰極氣體供給用歧管孔(Hl)、冷卻液排出用歧管孔(H2)以及陽極氣體排出用歧管孔(H3)，各歧管孔在層疊方向上彼此連通而形成各個(gè)流路。另外，圖2的右側(cè)所示的各歧管孔H4?H6從上側(cè)依次為陽極氣體供給用歧管孔(H4)、冷卻液供給用歧管孔(H5)以及陰極氣體排出用歧管孔(H6)，各歧管孔在層疊方向上彼此連通而形成各個(gè)流路。各歧管孔Hl?H6的供給和排出的位置關(guān)系即使一部分或者全部顛倒過來亦可。
[0027]另外，雖然省略圖示，但在膜電極接合體I的框架和各隔板2的緣部彼此之間、在歧管孔Hl?H6的周圍配置有密封材料。這些密封材料也作為后述的粘接劑發(fā)揮功能，因此，將膜電極接合體I和隔板2氣密地接合。此時(shí)，配置于膜電極接合體I的框架和隔板2的緣部的密封材料用于維持各氣體流路GC、GA的氣密性。另外，配置于歧管孔Hl?H6的周圍的密封材料在維持氣密性的同時(shí)，在該位置具有開口以供給與各層間對應(yīng)的流體。
[0028]上述燃料電池單元C層疊規(guī)定個(gè)數(shù)而形成電池模塊M。此時(shí)，在鄰接的燃料電池單元C彼此之間形成有冷卻液(例如水)的流路F，并且在鄰接的電池模塊M彼此之間也形成有冷卻液的流路F。因此，所述密封板件P被配置在電池模塊M彼此之間、即冷卻液的流路FR0
[0029]所述密封板件P與上述燃料電池單元C獨(dú)立地形成，如圖2的(B)所示，在板件基板50的兩端部形成有與燃料電池單元C相同的歧管孔Hl?H6。
[0030]板件基板50成形為具有導(dǎo)電性的一張金屬板，形成為俯視觀察時(shí)與上述燃料電池單元C大致相同形狀且相同大小。通過利用導(dǎo)電性的金屬板形成該板件基板50，能夠長時(shí)間穩(wěn)定地進(jìn)行通電。
[0031]密封板件P在歧管孔Hl?H6的各自周圍沿著整個(gè)周長環(huán)狀地形成有密封構(gòu)件51，另外，在該板件基板50的最外周緣部沿著整個(gè)周長環(huán)狀地形成有外周密封構(gòu)件52，而且，在該外周密封構(gòu)件52的內(nèi)側(cè)隔開所需間隔地沿著整個(gè)周長環(huán)狀地形成有內(nèi)周密封構(gòu)件53。設(shè)置于各歧管孔Hl?H6的周圍的各密封構(gòu)件51以使這些密封構(gòu)件彼此獨(dú)立的方式形成。
[0032]上述密封板件P利用外周密封構(gòu)件52防止來自外部的雨水等的進(jìn)入，并且利用內(nèi)周密封材料53防止在電池模塊M間的流路F流通的冷卻液泄露，除此之外，也實(shí)現(xiàn)電絕緣。而且，密封板件P可容易地進(jìn)行拆卸，以使得將密封構(gòu)件51?53從電池模塊M剝離。
[0033]如上述那樣，燃料電池堆FS具有:電池模塊M，該電池模塊M至少存在兩個(gè)以上，是由多個(gè)燃料電池單元C彼此層疊并一體化而成的；密封板件P，其夾設(shè)在電池模塊M之間，并且，密封板件P具有對密封板件P和電池模塊M的周緣部之間進(jìn)行密封的外周和內(nèi)周的密封構(gòu)件53、53。
[0034]重要的是，燃料電池堆FS是在由燃料電池單元C構(gòu)成的電池模塊M彼此之間夾設(shè)有作為不同種類的構(gòu)件的密封板件P而形成的。因此，燃料電池堆FS為了良好地進(jìn)行層疊方向的荷重傳遞，在電池模塊M和密封板件P之間的密封內(nèi)側(cè)區(qū)域設(shè)置用于在層疊方向上傳遞荷重的構(gòu)件接觸部件。
[0035]對于圖3所示的實(shí)施方式的燃料電池堆FS而言，所述構(gòu)件接觸部件具有:凸部11，其形成于電池模塊M的密封內(nèi)側(cè)區(qū)域；開口部12，其形成于密封板件P并且用于使兩側(cè)的電池模塊M的凸部彼此接觸。即、在該實(shí)施方式中，由凸部11和開口部12構(gòu)成構(gòu)件接觸部件。
[0036]在這里，形成于電池模塊M的凸部11用作上述的隔板2的波形凸部。S卩、所述凸部11能夠以如下方式形成:至少在電池模塊M的層疊端部的燃料電池單元C上，將該燃料電池單元C的層疊外側(cè)的隔板2的波形凸部設(shè)定得比規(guī)定的高度高。
[0037]另外，在燃料電池單元C的至少一側(cè)的隔板2上，例如使中央?yún)^(qū)域的波形凸部比規(guī)定的高度稍高，并將使用了該隔板2的燃料電池單元C層疊起來才能形成所述凸部11。當(dāng)層疊這樣的燃料電池單元C時(shí)，將各隔板2的波形凸部的剩余高度疊加，如后述的圖5和圖6所示，電池模塊M彎曲成使其中央部分鼓出的狀態(tài)。這樣一來，也能夠?qū)⒂呻姵啬KM彎曲而形成的凸曲面作為凸部11。另外，在圖5和圖6中，夸張地示出凸曲面的曲率，而實(shí)際上只是曲率半徑較大的凸曲面，外觀非常接近平坦面。
[0038]密封板件P的開口部12在比上述的外周密封構(gòu)件52和內(nèi)周密封構(gòu)件53靠內(nèi)側(cè)的位置，形成為可供兩側(cè)的電池模塊M的凸部11進(jìn)入的大小，在開口部12的內(nèi)部，使兩側(cè)的電池模塊M的凸部11彼此接觸。因此，一側(cè)的電池模塊M的凸部11的突出高度是密封板件P的厚度的一半左右。
[0039]上述的燃料電池堆FS是具有兩個(gè)以上的電池模塊M和夾設(shè)在電池模塊M之間的密封板件P的結(jié)構(gòu)，穿過構(gòu)件接觸部件即、密封板件P的開口部12，使鄰接的電池模塊M的凸部11彼此接觸，因此，即使存在構(gòu)件間的尺寸誤差等，也能夠良好地進(jìn)行層疊方向的荷重傳遞。
[0040]S卩、燃料電池堆FS是在電池模塊M彼此之間夾設(shè)有不同種類的構(gòu)件(密封板件P)而成的結(jié)構(gòu)，能夠在層疊方向上進(jìn)行充分的荷重傳遞。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)各燃料電池單元C的面壓及接觸電阻的均勻化，能夠?qū)崿F(xiàn)各燃料