絕緣體及燃料電池的制作方法
【專利說明】絕緣體及燃料電池
[0001 ] 本申請主張基于在2014年11月12日提出申請的申請編號2014-229809號的日本專利申請的優(yōu)先權(quán)，并將其公開的全部通過參照而援引于本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及使用于燃料電池的絕緣體。
【背景技術(shù)】
[0003]作為燃料電池，提出了在配置于燃料電池組的一端的集電板與端板之間配置絕緣體來確保絕緣電阻的燃料電池(JP2008-251309A)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]【發(fā)明要解決的課題】
[0005]近年來，為了提高燃料電池的輸出密度(每單位質(zhì)量或每單位體積的輸出能量)，要求對燃料電池的輸出不起作用的部件的小型化。上述的絕緣體由于對燃料電池的輸出不起作用，因此存在要求具有用于確保絕緣距離的厚度并減薄該厚度這樣的要求。然而，在減薄絕緣體的厚度的情況下，以銷孔(O本一的產(chǎn)生為起因的絕緣不良、及以絕緣體制造時的導(dǎo)電物質(zhì)向絕緣體材料的混入為起因的絕緣不良可能會發(fā)生。需要說明的是，上述課題并不局限于端板，在燃料電池組的端部的外側(cè)配置的任意的端部構(gòu)件與集電板之間配置絕緣體的結(jié)構(gòu)中是共通的課題。作為端部構(gòu)件，例如，將收容于殼體的燃料電池組朝向集電板按壓的壓力板或端板等對應(yīng)于此。
[0006]【用于解決課題的方案】
[0007]本發(fā)明為了解決上述的課題的至少一部分而作出，可以作為以下的方式實現(xiàn)。
[0008](I)根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種絕緣體。該絕緣體配置在集電板與端部構(gòu)件之間，所述集電板與具有層疊的多個單電池的層疊體的層疊方向的一端接觸地配置，所述端部構(gòu)件相對于所述集電板配置在所述層疊方向的外側(cè)，其中，所述絕緣體具備多個絕緣體構(gòu)件，所述絕緣體構(gòu)件具有片狀的平面部，所述多個絕緣體構(gòu)件以所述平面部相互重疊的方式與所述集電板相對地配置。根據(jù)該方式的絕緣體，由于具備具有片狀的平面部的多個絕緣體構(gòu)件，因此能夠減薄各絕緣體構(gòu)件的平面部的厚度而減薄作為絕緣體整體的厚度，在使用于燃料電池的情況下能夠提高燃料電池的輸出密度。而且，多個絕緣體構(gòu)件將平面部相互重疊地配置，因此能夠抑制在層疊方向上觀察時的相同位置產(chǎn)生銷孔等的情況。因此，在使用于燃料電池的情況下能夠抑制絕緣不良的發(fā)生。
[0009](2)在上述方式的絕緣體中，可以是，所述多個絕緣體構(gòu)件中的至少一個絕緣體構(gòu)件具備在所述平面部的整個外緣上向與所述平面部交叉的方向突出地形成的壁部。根據(jù)該方式的絕緣體，能夠充分確保集電板與端部構(gòu)件之間的沿面距離，因此能夠提高絕緣體的絕緣性。而且，能夠抑制沿層疊方向觀察時的絕緣體的面積的增大并確保沿面距離，因此在使用于燃料電池的情況下能夠抑制燃料電池的大型化。
[0010](3)在上述方式的絕緣體中，可以是，所述多個絕緣體構(gòu)件的板厚均為0.5mm以下。根據(jù)該方式的絕緣體，由于各絕緣體構(gòu)件的厚度薄，因此能夠減薄作為絕緣體整體的厚度，在使用于燃料電池的情況下能夠提高燃料電池的輸出密度。
[0011](4)在上述方式的絕緣體中，可以是，所述多個絕緣體構(gòu)件均由熱塑性樹脂形成。根據(jù)該方式的絕緣體，使用熱塑性樹脂作為材料，因此能夠通過壓縮真空成形容易地成形。
[0012](5)在上述方式的絕緣體中，可以是，所述多個絕緣體構(gòu)件均通過壓縮真空成形來成形。根據(jù)該方式的絕緣體，能夠減薄絕緣體構(gòu)件的板厚。
[0013]本發(fā)明也能夠以各種方式實現(xiàn)。例如，能夠以具備絕緣體的燃料電池、具備該燃料電池的燃料電池系統(tǒng)、搭載有該燃料電池系統(tǒng)的車輛、絕緣體的制造方法等方式實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0014]圖1A是表示應(yīng)用了作為本發(fā)明的一實施方式的絕緣體的燃料電池的概略結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0015]圖1B是圖1A中的單點劃線的圓所示的區(qū)域的放大圖。
[0016]圖2是將絕緣體的結(jié)構(gòu)分解表示的立體圖。
[0017]【標(biāo)號說明】
[0018]10…燃料電池
[0019]102…單電池
[0020]102S…單電池層疊體[0021 ]160E…第一集電板
[0022]160F…第二集電板
[0023]170…端板
[0024]200…壓力板
[0025]250…螺釘
[0026]300…絕緣體
[0027]310…第一絕緣體構(gòu)件
[0028]312…第一平面部
[0029]314…第一壁部
[0030]320…第二絕緣體構(gòu)件
[0031]322…第二平面部
[0032]324…第二壁部
[0033]500…殼體
[0034]Arl...區(qū)域
[0035]D...沿面距離
[0036]SD…層疊方向
[0037]Sll…第一平面部312的+X方向的面
[0038]S12…第一平面部312的-X方向的面
[0039]S21…第二平面部322的+X方向的面
[0040]S22…第二平面部322的-X方向的面[0041 ] T…絕緣體300的厚度
【具體實施方式】
[0042]A.實施方式:
[0043]圖1A是表示應(yīng)用了作為本發(fā)明的一實施方式的絕緣體的燃料電池的概略結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖1B將圖1A中的單點劃線的圓所示的區(qū)域Arl放大示出。燃料電池10是所謂固體高分子型燃料電池，與反應(yīng)氣體(燃料氣體及氧化劑氣體)的供給部、冷卻介質(zhì)的供給部等一起構(gòu)成燃料電池系統(tǒng)。這樣的燃料電池系統(tǒng)例如作為用于供給驅(qū)動用電源的系統(tǒng)而搭載于電動機動車等上使用。需要說明的是，在圖1A中，為了便于說明，螺釘250及殼體500由虛線表不。
[0044]燃料電池10具備單電池層疊體102S、第一集電板160E、第二集電板160F、端板170、壓力板200、絕緣體300。
[0045]單電池層疊體102S具有將多個單電池102沿著層疊方向SD層疊的結(jié)構(gòu)。單電池102由膜電極接合體、夾持膜電極接合體的一對氣體擴散層、夾持膜電極接合體及氣體擴散層的層疊體的一對隔板構(gòu)成。需要說明的是，在本實施方式中，與單電池102的層疊方向SD平行地確定X軸。而且，在本實施方式中，沿著單電池102的長度方向確定Y軸，沿著寬度方向確定Z軸。Y軸及Z軸分別是與X軸相互垂直的方向。
[0046]第一集電板160E與單電池層疊體102S的+X方向的端面接觸地配置。在本實施方式中，第一集電板160E由鋁形成。第二集電板160F與單電池層疊體102S的-X方向的端面接觸地配置。在本實施方式中，第二集電板160F具有鈦層-鋁層-鈦層的3層結(jié)構(gòu)，外緣由橡膠覆蓋。第一集電板160E及第二集電板160F收集各單電池102的發(fā)電電力從端子向外部輸出。需要說明的是，第一集電板160E可以與第二集電板160F同樣地由3層結(jié)構(gòu)形成。而且，2個集電板160E、160F可以由鋁及鈦以外的材料形成。
[0047 ]端板170相對于第二集電板160F而配置在層疊方向SD的外側(cè)。在端板170的內(nèi)部形成有用于向單電池層疊體102S供給或排出反應(yīng)氣體或冷卻介質(zhì)的流路。在端板170的+X方向的面的周緣部設(shè)有階梯，殼體500的-X方向的端部與薄壁部分接觸。在本實施方式中，端板170由樹脂材料形成，具有尚絕緣性。
[0048]壓力板200相對于絕緣體300而配置在層疊方向SD的外側(cè)。在壓力板200的-X方向的面的周緣部設(shè)有階梯。因此，壓力板200具有外緣部成為薄壁且中央部向-X方向突出的外觀形狀。在上述的階梯部分收容有絕緣體300的周緣部(后述的壁部)。壓力板200從自設(shè)于殼體500的孔插入的多個螺釘250承受-X方向的載荷，通過對單電池層疊體102S進行按壓，而與端板170—起維持單電池層疊體102S的層疊狀態(tài)。
[0049]在多個單電池102、第一集電板160E、第二集電板160F、壓力板200中，與層疊方向SD垂直的面的形狀均為大致矩形，以長度方向與Y軸平行的方式配置。
[0050]絕緣體300配置在第一集電板160E與壓力板200之間。絕緣體300具備相互具有大致相同的外觀形狀的第一絕緣體構(gòu)件310、第二絕緣體構(gòu)件320。這2個絕緣體構(gòu)件310、320相互沿層疊方向SD重疊配置。第一絕緣體構(gòu)件310相對于第二絕緣體構(gòu)件320而位于-X方向，與第一集電板160E的+X方向的端面接觸。第二絕緣體構(gòu)件320相對于第一絕緣體構(gòu)件310而位于+X方向，與壓力板200的-X方向的端面接觸。絕緣體300將第一集電板160E與壓力板200電絕緣。
[0051]圖2是將絕緣體300的結(jié)構(gòu)分解表示的立體圖。第一絕緣體構(gòu)件310具備第一平面部312、第一壁部314。第一平面部312是具有大致矩形的俯視形狀的片狀的部位。第一平面部312具有與第一集電板160E的+X方向的端面大致相同的面積。第一平面部312具有與單電池102、第一集電板160E等同樣的俯視形狀，在大致矩形的俯視形狀的四個角和下邊的中央設(shè)有凹部。這些凹部為了抑制絕緣體300與殼體500的突出部或張力軸的干涉而形成。第一壁部314在第一平面部312的外緣的整體上大致向+X方向突出地形成。在此，第一壁部314大致向+X方向突出地形成是考慮了成形時的拔模斜度的緣故。第二絕緣體構(gòu)件320也與第一絕緣體構(gòu)件310同樣地具備第二平面部322和第二壁部324。第二平面部322與上述的第一平面部312具有同樣的形狀，第二壁部324與上述的第一壁部314具有同樣的形狀。
[0052]通過第一平面部312的+X方向的面S 11與第二平面部322的-X方向的面S22接觸地配置，而第一絕緣體構(gòu)件310與第二絕緣體構(gòu)件320重疊。在此，第一平面部312的縱向的長度比第二平面部322的縱向的長度稍大，第一平面部312的橫向的長度比第二平面部322的橫向的長度稍大。因此，第一絕緣體構(gòu)件310與第二絕緣體構(gòu)件320相互不干涉地重疊。第一平面部312的-X方向的面S 12與第一集電板160E相對地配置，第二平面部322的+X方向的面S21與壓力板200相對地配置。
[0053]在此，使用圖1B，說明第一集電板160E與壓力板200之間的絕緣距離。在圖1B中，作為絕緣距離而示出絕緣體300的厚度T和沿面距離D。需要說明的是，通常，“沿面距離”是指電在2個導(dǎo)電性部分之間沿著絕緣物的表面的距離。在本實施方式中，絕緣體300的厚度T相當(dāng)于第一絕緣體構(gòu)件310的板厚與第二絕緣體構(gòu)件320的板厚的合計值。而且，沿面距離D與第一集電板160E和壓力板200的薄壁部之間的沿著X軸的方向的距離相等，與各壁部314、324的大致沿著X軸方向的長度(以下，也稱為“高度”)大致相等。這是因為，第一壁部314與第二壁部324的間隙、各壁部314、324的+X方向的端部與壓力板200的薄壁部的間隙分別非常小，這些間隙實質(zhì)上