CN214588935U - 燃料电池堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池堆，能够提升突出部与隔板构件之间的接合部位的刚性，能够抑制冲击载荷所引起的变形，从而能够大幅提升燃料电池堆的结构强度。燃料电池堆包括具备从隔板构件的外周部向外部突出的突出部的载荷接收部及以能够支撑载荷接收部的方式与载荷接收部面向的方式配置的抵接部。突出部包括肋部，由隔板构件的一部分在层叠方向上突出并且沿着宽度方向上延伸而形成；第1焊接部，用于将载荷接收部和隔板构件的外周部之间互相接合，并且位于外周部与肋部之间；以及第2焊接部，用于将发电单电池的隔板构件和相邻而层叠的另一个发电单电池的所述隔板构件之间互相接合，并且在突出方向上，肋部位于第1焊接部与第2焊接部之间。

Description

燃料电池堆

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池堆。

背景技术

燃料电池堆具备层叠多个发电单电池而成的层叠体，所述发电单电池具有在电解质膜的两侧配设电极而成的电解质膜-电极结构体(membrane electrode assembly(MEA))、在电解质膜-电极结构体的两侧配设的一对金属隔板。对层叠体施加层叠方向的紧固载荷。燃料电池是通过向阳极侧电极和阴极侧电极供给一种燃料气体(主要为反应气体的氧化剂气体(例如含氧气体))和另一种燃料气体(主要为反应气体的含氢气体)，以引起电化学反应，从而获得直流电(direct current(DC))电能的***。

例如，现有技术中，固体高分子型燃料电池中，由高分子离子交换膜构成的电解质膜的两侧分别设置有利用隔板夹持着两侧表面上分别设置有阳极电极和阴极电极的电解质膜-电极结构体的发电单电池。在这样的类型的发电单电池通常通过将预定数量的电解质膜-电极结构体和隔板交替堆叠而用作为车载用燃料电池堆。

现有技术的燃料电池堆中，利用隔板夹持电解质膜-电极结构体来构成发电单电池(单位燃料电池)。将发电单电池层叠规定的层数，由此例如作为燃料电池堆来使用。关于相互邻接的两个金属隔板，通过将外周焊接(外周接合线)来一体地接合，构成接合隔板。

现有技术中，在这种类型的燃料电池堆中，冲击载荷可能会从外部被施加到燃料电池堆。在这种情况下，发电单电池容易在与发电单电池堆叠在一起的方向(以下称堆叠方向或层叠方向)垂直的方向(没有施加紧固载荷)上移动。

如，在现有技术中，提出了能够抑制这种移动的燃料电池堆。在燃料电池堆中，在隔板中设有板状的载荷承受元件。载荷承受元件从隔板的外周部向外部突出。相邻的隔板之间利用耦合构件接合，并且在隔板设置从隔板的外周部分向外突出的突起部，使得载荷承受元件承受在垂直于发电单电池的层叠方向的方向上的冲击载荷时，以使载荷承受元件与耦合构件能够互相接触(亦即载荷承受元件能够抵接到耦合构件)，以能够接收冲击载荷。这样的结构中，当燃料电池堆在垂直于发电单电池的层叠方向的方向上承受较大的冲击载荷时，在突起部的附近可能还是会存在刚性不够的问题。

实用新型内容

[实用新型所要解决的问题]

在上述现有技术的燃料电池堆中，即使现有技术有提出提升突出部附近的刚性的技术，但是当燃料电池堆在垂直于发电单电池的层叠方向的方向上承受较大的冲击载荷时，发电单电池仍然容易在与发电单电池的堆叠方向垂直的方向上移动而产生位移，亦即突起部的附近可能还是会存在刚性不够的问题，从而会导致燃料电池堆的结构强度不好。

本实用新型是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种燃料电池堆，通过焊接将相邻的发电单电池互相接合，能够提升刚性并且当承受冲击载荷时能够抑制冲击载荷所引起的变形，从而能够大幅提升燃料电池堆的结构强度。

[解决问题的技术手段]

用于解决上述课题且为了达成所述目的的本实用新型，本实用新型提出一种燃料电池堆。所述燃料电池堆具备将多个发电单电池层叠而成的层叠体，所述发电单电池是在电解质膜-电极结构体的两侧配设燃料电池用隔板构件而成的，所述燃料电池堆包括：载荷接收部，设置在各所述发电单电池的所述隔板构件，并且具备从所述隔板构件的外周部向外部突出的突出部；以及抵接部，以能够支撑所述载荷接收部的方式与所述载荷接收部面向的方式配置；通过所述载荷接收部与所述抵接部抵接，所述载荷接收部承受来自所述突出部的宽度方向的载荷，所述突出部的所述宽度方向、所述突出部的突出方向以及所述层叠体的层叠方向互相垂直，且所述突出部包括：肋部，由所述隔板构件的一部分在所述层叠方向上突出并且沿着所述宽度方向上延伸而形成；第1焊接部，用于将所述载荷接收部和所述隔板构件的所述外周部之间互相接合，并且位于所述外周部与所述肋部之间；以及第2焊接部，用于将所述发电单电池的所述隔板构件和相邻而层叠的另一个所述发电单电池的所述隔板构件之间互相接合，并且在所述突出方向上，所述肋部位于所述第1焊接部与所述第2焊接部之间。

如此，通过将肋部的两侧都具备通过焊接而形成的接合部位，能够提升突出部与隔板构件之间的接合部位的刚性，并且当燃料电池堆在垂直于发电单电池的层叠方向的方向上承受较大的冲击载荷时，能够抑制冲击载荷所引起的变形，从而能够大幅提升燃料电池堆的结构强度。

本实用新型的燃料电池堆中：突出部具备：突出部本体，位于所述突出部的所述宽度方向上的中心部；以及一对扩张部，从所述突出部本体的所述宽度方向的两端沿着所述宽度方向扩张；且所述载荷接收部与所述抵接部抵接时，所述突出部仅通过所述扩张部的顶部与所述抵接部抵接。

如此，通过将突出部设置成载荷接收部与抵接部抵接时，突出部仅通过扩张部的顶部与抵接部抵接，能够抑制由于燃料电池堆中所包括的构件之间可能会存在的尺寸公差或制造公差等引起的施加于燃料电池堆的载荷的变动，因此，当燃料电池堆在垂直于发电单电池的层叠方向的方向上承受较大的冲击载荷时，能够更稳定的承受冲击载荷，从而能够大幅提升燃料电池堆的结构强度。

[实用新型的效果]

基于上述，本实用新型的燃料电池堆，通过将肋部的两侧都具备通过焊接而形成的接合部位，能够提升突出部与隔板构件之间的接合部位的刚性，并且当燃料电池堆在垂直于发电单电池的层叠方向的方向上承受较大的冲击载荷时，能够更稳定的承受冲击载荷，能够抑制冲击载荷所引起的变形，从而能够大幅提升燃料电池堆的结构强度。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施方式，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施方式的燃料电池堆的示意图。

图2是示意性的示出图1的燃料电池堆的发电单电池的分解图。

图3是示意性的示出图1的发电单电池堆的载荷接收部以及抵接部的部分放大的示意图。

图4是以另一个视角示出图1的发电单电池堆的示意图。

图5是示意性的示出图4的第1焊接部及第2焊接部的相对位置的示意图。

附图标记说明：

100：燃料电池堆

10：发电单电池

20：层叠体

12：电解质膜-电极结构体

14：阴极侧隔板

16：阳极侧隔板

18A：反应气体入口部

18B：反应气体出口部

20A：冷却介质入口部

20B：冷却介质出口部

22A：燃料气体入口部

22B：燃料气体出口部

24：反应气体流路

28：冷却介质流路

30：燃料气体流路

34：电解质膜

36：阴极侧电极

38：阳极侧电极

60：连结部

62：外周部

63：抵接部

64：载荷接收部

65：肋部

68：突出部

72：突出部本体

74：扩张部

74A：顶部

74B：第1倾斜部

74C：第2倾斜部

88：第1焊接部

99：第2焊接部

具体实施方式

以下，基于附图来说明本实用新型的实施方式。需要说明的是，在以下说明的各实施方式中，对于共同部分标注同一附图标记，省略重复的说明。以下，参照附图，对本实用新型的实施方式进行说明。在以下说明的实施方式中，当提及个数、量等时，除了有特殊的记载以外，本实用新型的范围不一限于该个数、量等。另外，在以下的实施方式中，各构成要素除了有特殊的记载以外，对本实用新型来说不一定是必须的。另外，以下当存在多个实施方式时，除了有特殊的记载以外，能够适当地组合各实施方式的特征部分从最初就是预先确定的。

本实施方式提出一种燃料电池，适于配置在具备层叠多个发电单电池而成的层叠体的燃料电池堆。图1是本实用新型的一种实施方式的燃料电池堆的示意图。图2是示意性的示出图1的燃料电池堆的发电单电池的分解图。

请参考图1，燃料电池堆100具备将多个发电单电池10层叠而成的层叠体20。燃料电池堆100例如可搭载安装于燃料电池车辆上。图1中，多个发电单电池10的层叠方向为箭头A的方向，发电单电池10的宽度方向为箭头B的方向，发电单电池10的高度方向为箭头C的方向，其中层叠方向、宽度方向及高度方向互相垂直。

请参考图1及图2，各发电单电池10包括电解质膜-电极结构体12以及夹持电解质膜-电极结构体12的阴极侧隔板14和阳极侧隔板16。阴极侧隔板14和阳极侧隔板16例如由碳隔板构成。阴极侧隔板14和阳极侧隔板16也可以是通过将金属隔板成型为波浪形而构成。

电解质膜34例如是固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。固体高分子电解质膜例如是包含水分的全氟磺酸的薄膜。电解质膜34被阳极侧电极38和阴极侧电极36夹持。电解质膜34除了能够使用氟系电解质以外，还能够使用碳化氢系电解质。其中，阳极侧电极38例如具有与电解质膜34的一方的面接合的第一电极催化剂层以及层叠于该第一电极催化剂层的第一气体扩散层。阴极侧电极36例如具有与电解质膜34的另一方的面接合的第二电极催化剂层以及层叠于该第二电极催化剂层的第二气体扩散层。

如图1及图2所示，在发电单电池10的箭头B的方向(水平方向)的一端缘上，在箭头A的方向(层叠方向)上能够互相连通的设置有反应气体入口部18A、冷却介质入口部20A以及燃料气体出口部22B。其中，反应气体入口部18A是用于供给反应气体的连通孔，反应气体例如是氧化剂气体，例如含氧气体的氧化剂气体，反应气体在反应气体入口部18A中沿箭头A的方向连通。冷却介质入口部20A是用于供给冷却介质的连通孔。燃料气体出口部22B是用于排出反应气体的连通孔，反应气体例如是燃料气体，例如含氢气体。

在发电单电池10的箭头B的方向的另一端缘上，在箭头A的方向上能够互相连通的设置有反应气体出口部18B、冷却介质出口部20B以及燃料气体入口部22A。其中，反应气体出口部18B是用于排出反应气体(氧化剂气体)的连通孔。冷却介质出口部20B是用于排出冷却介质的连通孔。燃料气体入口部22A是用于供给反应气体(燃料气体，例如含氢气体)的连通孔。

如图2所示，在阴极侧隔板14的电解质膜-电极结构体12侧的内表面14A上，在阴极侧隔板14与电解质膜-电极结构体12之间设置燃料气体流路30，以施加燃料气体(含氢气体)来使燃料气体流路30内的燃料气体在隔板面方向上流动，亦即使燃料气体在箭头B的方向上流动。燃料气体流路30将燃料气体入口部22A与燃料气体出口部22B彼此连通。

反应气体流路24将反应气体入口部18A与反应气体出口部18B彼此连通。

如图1所示，在阴极侧隔板14的与内表面14A相反的外表面14B上形成有冷却介质流路28。冷却介质入口部20A、冷却介质流路28以及冷却介质出口部20B连通，以使冷却介质沿着箭头B的方向流动。

在阳极侧隔板16的电解质膜-电极结构体12侧的内表面16A上，在阳极侧隔板16与电解质膜-电极结构体12之间设置设置反应气体流路24，以施加反应气体(氧化剂气体)来使反应气体流路24内的反应气体在隔板面方向上流动，亦即使反应气体在箭头B的方向上流动。

因而，在电解质膜-电极结构体12中，被供给至阴极侧电极36的氧化剂气体与被供给至阳极侧电极38的燃料气体在第二电极催化剂层和第一电极催化剂层内因电化学反应而被消耗，发电单电池10来进行发电。

如图1所示，燃料电池堆100中，多个发电单电池10之间配置连结部60，以使将多个发电单电池10之间在层叠方向连结。连结部60例如为连结杆(connecting bar)。作用在发电单电池10上的外部载荷可以由连结部60承受。连结部60沿着层叠方向延伸的方式配置，且连结部60的两端例如可通过螺栓固定在燃料电池堆100的外壳(未图示)的内表面上。如图1及图2所示，连结部60可分别配置在燃料电池堆100的上侧及下侧，并且可配置成左右对秤的方式，然而本实用新型并不限于此，可依照实际需求改变连结部60的设置位置。

以下说明本实用新型的燃料电池堆100的各发电单电池10上设置的连结部60的设计中，当燃料电池堆100在垂直于发电单电池10的层叠方向的方向上承受较大的冲击载荷时，能够在连结于多个发电单电池10之间的连结部60的附近提高刚性，并使得燃料电池堆100的结构强度提升。

图3是示意性的示出图1的发电单电池堆的载荷接收部以及抵接部的部分放大的示意图。图4是以另一个视角示出图1的发电单电池堆的示意图。请参考图3及图4，将燃料电池堆100的多个发电单电池10在层叠方向上连结的连结部60包括载荷接收部64以及抵接部63。如图2所示，连结部60设置在各发电单电池10的各隔板构件(隔板构件14及隔板构件16)的外周部62上。连结部60的载荷接收部64设置在各发电单电池10的隔板构件14及隔板构件16，并且载荷接收部64具备从各隔板构件14、16的外周部62向外部突出的突出部68。抵接部63以能够支撑载荷接收部64的方式与载荷接收部64面向的方式配置。如图3所示，抵接部63例如是C字形的构件，而载荷接收部64是以其突出部68被包围在抵接部63的C字形的构件的内部的凹部的位置的方式设置。通过载荷接收部64与抵接部63抵接，载荷接收部64承受来自突出部68的宽度方向的载荷。

如图3及图4所示，各突出部68的宽度方向为箭头B的方向，突出部68的突出方向为箭头C的方向，层叠体20的层叠方向为箭头A的方向。各突出部68包括肋部65、第1焊接部88以及第2焊接部99。肋部65由隔板构件14的一部分(隔板构件16的一部分)在层叠方向上突出并且沿着宽度方向上延伸而形成。第1焊接部88用于将载荷接收部64和隔板构件14(隔板构件16)的外周部62之间互相接合，并且位于外周部62与肋部65之间。换句话说，在隔板构件14、16的外周部62与肋部65之间，通过焊接将载荷接收部64和隔板构件14(隔板构件16)的外周部62之间互相接合。由于通过第1焊接部88的设置，能够将隔板构件14、16与连结部60的载荷接收部64先分别制造后再通过焊接的方式将连结部60接合到隔板构件14、16，因此能够简化隔板构件14、16的结构，制造过程可简化。并且通过将肋部65设置在隔板构件14、16的一部分上且朝向层叠方向上(箭头A的方向)，也就是隔板构件14、16的厚度方向上，突出的方式设置，能够提高隔板构件14、16的靠近第1焊接部88的部位的刚性，使得能够防止载荷接收部64从隔板构件14、16的外周部62倒塌。

图5是示意性的示出图4的第1焊接部及第2焊接部的相对位置的示意图。如图3到图5所示，本实施方式中，突出部68除了设置有肋部65以及第1焊接部88以外，还设置了第2焊接部99。第2焊接部99用于将发电单电池10的隔板构件14(或隔板构件16)和相邻而层叠的另一个发电单电池10的隔板构件16(或隔板构件14)之间互相接合，并且在突出方向上，肋部65位于第1焊接部88与第2焊接部99之间。通过载荷接收部64与抵接部63抵接，载荷接收部64承受来自突出部68的宽度方向的载荷。

如图3到图5所示，在突出部68设置肋部65、第1焊接部88以及第2焊接部99，其中第1焊接部88用于将载荷接收部64和隔板构件14、16的外周部62之间互相接合，第2焊接部99用于将发电单电池10的隔板构件14(或隔板构件16)和相邻而层叠的另一个发电单电池10的隔板构件16(或隔板构件14)之间互相接合，并且肋部65位于第1焊接部88与第2焊接部99之间。

如此，通过将肋部65的两侧都具备通过焊接而形成的接合部位，能够提升突出部68与隔板构件14、16之间的接合部位的刚性，并且当燃料电池堆100在垂直于发电单电池10的层叠方向的方向上承受较大的冲击载荷时，能够抑制冲击载荷所引起的变形，从而能够大幅提升燃料电池堆100的结构强度。

除此之外，请参考图3，在本实施方式中，突出部68具备突出部本体72以及一对扩张部74。突出部本体72位于突出部68的宽度方向上的中心部。一对扩张部74从突出部本体72的宽度方向的两端沿着宽度方向扩张。当载荷接收部64与抵接部63抵接时，突出部68仅通过扩张部的顶部74A与抵接部63抵接。如图3所示，载荷接收部64设置为相对于中心在宽度方向上大致对秤。突出部68从载荷接收部64从隔板构件14、16的外周部62朝向高度方向的外侧突出。换句话说，突出部68是由在发电单电池10的宽度方向(箭头B的方向)上的中心部的突出部本体72以及从突出部本体72的宽度方向的两端再分别的朝向宽度方向扩张的一对扩张部74构成。如图3所示，各扩张部74的形状为大致三角形，亦即各扩张部74由顶部74A、第1倾斜部74B以及第2倾斜部74C构成。其中第1倾斜部74B从突出部68的与载荷接收部64的连接的位置朝向宽度方向和高度方向的上方倾斜地延伸，第2倾斜部74C从突出部68的上表面朝向宽度方向和高度方向的下方倾斜地延伸，第1倾斜部74B与第2倾斜部74C交合的部位形成顶部74A。

在没有外部载荷施加到燃料电池堆100的状态下，突起部68的顶部74A是以与抵接部63之间具备间隙的方式存在，亦即燃料电池堆100在没有承受到外部载荷的状态下，突起部68的顶部74A并没有与抵接部63接触，载荷接收部64与抵接部63之间是未接触的状态并且以间隙相隔。

在有外部载荷施加到燃料电池堆100的状态下，突起部68的顶部74A与抵接部63接触，亦即燃料电池堆100在有承受到外部载荷的状态下，突起部68的顶部74A与抵接部63接触，而且仅通过顶部74A与抵接部63抵接，突出部68的除了顶部67A以外的其他部位并没有与抵接部63接触，亦即载荷接收部64与抵接部63之间的接触的状态是指突出部68仅通过扩张部74的顶部74A与抵接部63抵接或接触。

如此，通过将突出部68设置成载荷接收部64与抵接部63抵接时，突出部68仅通过扩张部74的顶部74A与抵接部63抵接，能够抑制由于燃料电池堆100中所包括的构件之间可能会存在的尺寸公差或制造公差等引起的施加于燃料电池堆100的载荷的变动。因此，当燃料电池堆100在垂直于发电单电池10的层叠方向的方向上承受较大的冲击载荷时，能够更稳定的承受冲击载荷，从而能够大幅提升燃料电池堆100的结构强度。

基于上述，本实用新型的燃料电池堆，在突出部设置肋部、第1焊接部以及第2焊接部，其中第1焊接部用于将载荷接收部和隔板构件的外周部之间互相接合，第2焊接部用于将发电单电池的隔板构件和相邻而层叠的另一个发电单电池的隔板构件之间互相接合，并且肋部位于第1焊接部与第2焊接部之间。通过将肋部的两侧都具备通过焊接而形成的接合部位，能够提升突出部与隔板构件之间的接合部位的刚性，并且当燃料电池堆在垂直于发电单电池的层叠方向的方向上承受较大的冲击载荷时，能够更稳定的承受冲击载荷，能够抑制冲击载荷所引起的变形，从而能够大幅提升燃料电池堆的结构强度。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的实施方式的技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种燃料电池堆，其特征在于，具备将多个发电单电池层叠而成的层叠体，所述发电单电池是在电解质膜-电极结构体的两侧配设燃料电池用隔板构件而成的，所述燃料电池堆包括：

载荷接收部，设置在各所述发电单电池的所述隔板构件，并且具备从所述隔板构件的外周部向外部突出的突出部；以及

抵接部，以能够支撑所述载荷接收部的方式与所述载荷接收部面向的方式配置；

通过所述载荷接收部与所述抵接部抵接，所述载荷接收部承受来自所述突出部的宽度方向的载荷，所述突出部的所述宽度方向、所述突出部的突出方向以及所述层叠体的层叠方向互相垂直，且

所述突出部包括：

肋部，由所述隔板构件的一部分在所述层叠方向上突出并且沿着所述宽度方向上延伸而形成；

第1焊接部，用于将所述载荷接收部和所述隔板构件的所述外周部之间互相接合，并且位于所述外周部与所述肋部之间；以及

第2焊接部，用于将所述发电单电池的所述隔板构件和相邻而层叠的另一个所述发电单电池的所述隔板构件之间互相接合，并且在所述突出方向上，所述肋部位于所述第1焊接部与所述第2焊接部之间。

2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于：

所述突出部具备：

突出部本体，位于所述突出部的所述宽度方向上的中心部；以及

一对扩张部，从所述突出部本体的所述宽度方向的两端沿着所述宽度方向扩张；且

所述载荷接收部与所述抵接部抵接时，所述突出部仅通过所述扩张部的顶部与所述抵接部抵接。

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