JP6939522B2 - Terminal plate for fuel cells - Google Patents

Terminal plate for fuel cells Download PDF

Info

Publication number
JP6939522B2
JP6939522B2 JP2017247260A JP2017247260A JP6939522B2 JP 6939522 B2 JP6939522 B2 JP 6939522B2 JP 2017247260 A JP2017247260 A JP 2017247260A JP 2017247260 A JP2017247260 A JP 2017247260A JP 6939522 B2 JP6939522 B2 JP 6939522B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plate
terminal
gasket
metal
terminal plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017247260A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019114430A (en
Inventor
壮矩 山崎
壮矩 山崎
研二 佐藤
研二 佐藤
卓也 栗原
卓也 栗原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2017247260A priority Critical patent/JP6939522B2/en
Publication of JP2019114430A publication Critical patent/JP2019114430A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6939522B2 publication Critical patent/JP6939522B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Gasket Seals (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池用のターミナルプレートに関する。 The present invention relates to a terminal plate for a fuel cell.

燃料電池は、一般に、単セルを複数積層したスタック構造を有しており、発電電力を外部に取り出すために、端子部を有するターミナルプレートを備えている。このようなターミナルプレートの一例として、従来、金属製の第１のプレートを、当該第１のプレートよりも耐食性の高い第２および第３の金属プレートで挟持した構造を有するターミナルプレートが提案されている（例えば、特許文献１）。 A fuel cell generally has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked, and includes a terminal plate having a terminal portion in order to take out generated power to the outside. As an example of such a terminal plate, conventionally, a terminal plate having a structure in which a first metal plate is sandwiched between second and third metal plates having higher corrosion resistance than the first plate has been proposed. (For example, Patent Document 1).

特開２０１５−０８８２９４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-088294

しかしながら、上記従来のターミナルプレートを製造するためには、複数のプレートを積層する必要があり、構造が複雑である。そこで、本願発明者らは、ターミナルプレートの構造を、より簡素化するため、ターミナルプレートの一部に端子部を重ね合わせて接合する構造を考案した。しかし、このような構造では、接合部に電流が集中して流れることにより、接合部が発熱し、接合部の周辺に配置された部材に影響が及ぶという問題を、本願発明者らは見出した。 However, in order to manufacture the conventional terminal plate, it is necessary to stack a plurality of plates, and the structure is complicated. Therefore, the inventors of the present application have devised a structure in which the terminal portion is superposed on a part of the terminal plate and joined in order to further simplify the structure of the terminal plate. However, the inventors of the present application have found that in such a structure, when an electric current is concentrated and flows in the joint portion, the joint portion generates heat and affects the members arranged around the joint portion. ..

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms.

本発明の一形態によれば、単セルが複数積層された積層体を備える燃料電池において、前記積層体の積層方向の端部に配置される燃料電池用のターミナルプレートが提供される。ターミナルプレートは；前記積層体の積層面に対向するように配置され、第１金属によって構成されるプレート部と；前記燃料電池の発電電力を外部に出力するために前記プレート部の外周部に接合され、第２金属によって構成される端子部と；を備え；前記ターミナルプレートにおいて、前記積層体に対向する第１面には、前記プレート部の外周に沿ってガスケットが配置される位置であるガスケットラインが存在し、前記第１面とは異なる第２面には、前記プレート部と前記端子部とを接合する接合部が設けられ；前記第２金属は、前記第１金属よりも導電性が高く；前記接合部は、前記ターミナルプレートの平面方向において、前記ガスケットラインから離間した位置に設けられている。
この形態のターミナルプレートによれば、接合部とガスケットとの間でより大きな距離を確保できるため、接合部が発熱しても、ガスケットが高温になることを抑えることができる。その結果、接合部の発熱に起因するガスケットの劣化を抑制し、ガスケットにおけるシール性の低下を抑えることができる。 According to one embodiment of the present invention, in a fuel cell including a laminate in which a plurality of single cells are laminated, a terminal plate for the fuel cell arranged at the end of the laminate in the stacking direction is provided. The terminal plate is arranged so as to face the laminated surface of the laminated body and is joined to the outer peripheral portion of the plate portion in order to output the generated power of the fuel cell to the outside with the plate portion composed of the first metal. A gasket having a terminal portion made of a second metal; A joint is provided on the second surface, which has a line and is different from the first surface, to join the plate portion and the terminal portion; the second metal is more conductive than the first metal. High; the joint is provided at a position away from the gasket line in the plane direction of the terminal plate.
According to this form of terminal plate, a larger distance can be secured between the joint portion and the gasket, so that even if the joint portion generates heat, it is possible to prevent the gasket from becoming hot. As a result, deterioration of the gasket due to heat generation at the joint can be suppressed, and deterioration of the sealing property of the gasket can be suppressed.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池用のターミナルプレートの製造方法や、ターミナルプレートを備える燃料電池等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms other than the above, and can be realized, for example, in the form of a method for manufacturing a terminal plate for a fuel cell, a fuel cell provided with a terminal plate, or the like.

燃料電池の概略構成を表わす斜視図である。It is a perspective view which shows the schematic structure of the fuel cell. ターミナルプレートの概略構成を表わす斜視図である。It is a perspective view which shows the schematic structure of the terminal plate. 接続部の配置を表わす説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement of the connection part. 接続部の配置を表わす説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement of the connection part. 接続部の配置を表わす説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement of the connection part. 接続部の配置を表わす説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement of the connection part. 接続部の配置を表わす説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement of the connection part. 接続部の配置を表わす説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement of the connection part.

Ａ．第１実施形態：
（Ａ−１）燃料電池の全体構成：
図１は、本発明の第１実施形態としての燃料電池２００の概略構成を表わす斜視図である。燃料電池２００は、スタック構造を有し、単セル１００を複数積層して成る積層体１５０と、一対のターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂ、一対の絶縁板（インシュレータ）１２０ａ、１２０ｂ、および一対のエンドプレート１３０ａ、１３０ｂを備える。燃料電池２００では、エンドプレート１３０ａ、絶縁板１２０ａ、ターミナルプレート１１０ａ、積層体１５０、ターミナルプレート１１０ｂ、絶縁板１２０ｂ、およびエンドプレート１３０ｂが、この順に積層されている。すなわち、ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂは、積層体１５０の積層方向の端部に配置される。なお、図１では、絶縁板１２０ａはエンドプレート１３０ａの裏面側に隠れているため、絶縁板１２０ａは破線で示している。燃料電池２００は、図示しない保持部材によって、単セル１００の積層方向に締結圧がかかった状態で保持される。 A. First Embodiment:
(A-1) Overall configuration of fuel cell:
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a fuel cell 200 as a first embodiment of the present invention. The fuel cell 200 has a stack structure, and has a laminated body 150 formed by laminating a plurality of single cells 100, a pair of terminal plates 110a and 110b, a pair of insulating plates (insulators) 120a and 120b, and a pair of end plates 130a. , 130b. In the fuel cell 200, the end plate 130a, the insulating plate 120a, the terminal plate 110a, the laminated body 150, the terminal plate 110b, the insulating plate 120b, and the end plate 130b are laminated in this order. That is, the terminal plates 110a and 110b are arranged at the ends of the laminated body 150 in the stacking direction. In FIG. 1, since the insulating plate 120a is hidden behind the end plate 130a, the insulating plate 120a is shown by a broken line. The fuel cell 200 is held in a state where fastening pressure is applied in the stacking direction of the single cells 100 by a holding member (not shown).

燃料電池２００は、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスとの供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池２００において電気化学反応により発生した電力は、ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂにおいて集電されて、ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂから取り出される。ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂの詳しい構成については、後述する。絶縁板１２０ａ、１２０ｂは、ゴムや樹脂等の絶縁性材料によって形成されている。絶縁板１２０ａ、１２０ｂにおいて、ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂと接する側の表面には、冷媒を流通させる流路を形成するための凹凸形状を形成してもよい。エンドプレート１３０ａ、１３０ｂは、ステンレス鋼等の金属によって形成されている。燃料電池２００は、例えば車両等の移動体に搭載され、移動体の動力源として使用される。また、燃料電池２００は、定置型の電源として使用してもよい。 The fuel cell 200 is a solid polymer fuel cell that generates electricity by being supplied with a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen. The electric power generated by the electrochemical reaction in the fuel cell 200 is collected by the terminal plates 110a and 110b and taken out from the terminal plates 110a and 110b. The detailed configuration of the terminal plates 110a and 110b will be described later. The insulating plates 120a and 120b are formed of an insulating material such as rubber or resin. In the insulating plates 120a and 120b, the surface on the side in contact with the terminal plates 110a and 110b may be formed with an uneven shape for forming a flow path through which the refrigerant flows. The end plates 130a and 130b are made of a metal such as stainless steel. The fuel cell 200 is mounted on a moving body such as a vehicle and is used as a power source for the moving body. Further, the fuel cell 200 may be used as a stationary power source.

燃料電池２００の内部には、積層体１５０、ターミナルプレート１１０ａ、絶縁板１２０ａ、およびエンドプレート１３０ａを積層方向に貫通する複数（本実施形態では６つ）のマニホールドＭ１ｉｎ〜Ｍ３ｉｎおよびＭ１ｏｕｔ〜Ｍ３ｏｕｔが形成されている。マニホールドＭ１ｉｎは、各単セル１００に燃料ガスを分配するための燃料ガス供給マニホールドである。マニホールドＭ２ｉｎは、各単セル１００に酸化ガスを分配するための酸化ガス供給マニホールドである。マニホールドＭ３ｉｎは、単セル１００間に形成される各冷媒流路に冷媒を分配するための冷媒供給マニホールドである。マニホールドＭ１ｏｕｔは、各単セル１００から燃料ガスが排出される燃料ガス排出マニホールドである。マニホールドＭ２ｏｕｔは、各単セル１００から酸化ガスが排出される酸化ガス排出マニホールドである。マニホールドＭ３ｏｕｔは、単セル１００間に形成される各冷媒流路から冷媒が排出される冷媒排出マニホールドである。エンドプレート１３０ａにおいて、上記した各マニホールドが開口する。エンドプレート１３０ａにおける各マニホールドの開口部には、燃料ガス、酸化ガス、あるいは冷媒を、燃料電池２００に供給または排出するための配管が接続される。 Inside the fuel cell 200, a plurality of manifolds M1in to M3in and M1out to M3out penetrating the laminate 150, the terminal plate 110a, the insulating plate 120a, and the end plate 130a in the lamination direction (six in the present embodiment) are formed. Has been done. The manifold M1in is a fuel gas supply manifold for distributing fuel gas to each single cell 100. The manifold M2in is an oxidation gas supply manifold for distributing the oxidation gas to each single cell 100. The manifold M3in is a refrigerant supply manifold for distributing the refrigerant to each refrigerant flow path formed between the single cells 100. The manifold M1out is a fuel gas discharge manifold in which fuel gas is discharged from each single cell 100. The manifold M2out is an oxidation gas discharge manifold in which the oxidation gas is discharged from each single cell 100. The manifold M3out is a refrigerant discharge manifold in which the refrigerant is discharged from each refrigerant flow path formed between the single cells 100. In the end plate 130a, each of the above-mentioned manifolds opens. Piping for supplying or discharging fuel gas, oxidation gas, or refrigerant to the fuel cell 200 is connected to the opening of each manifold in the end plate 130a.

なお、図１に示すように、本実施例では、燃料電池２００の一方の端部側（エンドプレート１３０ａ側）において、全てのマニホールドが開口しているが、異なる構成としても良い。例えば、上記した６つのマニホールドのうちの少なくとも一部が、エンドプレート１３０ｂ側で開口することとしてもよい。また、燃料電池２００内において、例えば、一方の端部側（例えば、図１では、マニホールドの開口部を有しないエンドプレート１３０ｂ側）に、締結圧の変動を吸収する部材（例えば板バネ）を設けるなど、異なる部材をさらに配置することとしてもよい。 As shown in FIG. 1, in this embodiment, all the manifolds are open on one end side (end plate 130a side) of the fuel cell 200, but different configurations may be used. For example, at least a part of the above six manifolds may be opened on the end plate 130b side. Further, in the fuel cell 200, for example, a member (for example, a leaf spring) for absorbing fluctuations in fastening pressure is provided on one end side (for example, the end plate 130b side having no manifold opening in FIG. 1). Different members may be further arranged, such as provided.

（Ａ−２）ターミナルプレートの構成：
図２は、ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂの概略構成を表わす斜視図である。ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂは、それぞれ、プレート部１０ａ、１０ｂと、端子部２０ａ、２０ｂと、を有する。プレート部１０ａ、１０ｂは、積層体１５０の積層面に対向するように配置される部分である。端子部２０ａ、２０ｂは、燃料電池２００の発電電力を外部に出力するために、プレート部１０ａ、１０ｂの外周部から上方に突出するように設けられており、プレート部１０ａ、１０ｂの外周部に接合されている。なお、図２に示すように、ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂでは、端子部２０ａ、２０ｂの一部が、プレート部１０ａ、１０ｂの一方の面上に配置されて、両者が重なる部位において、両者が接合されている。そのため、ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂでは、端子部２０ａ、２０ｂとプレート部１０ａ、１０ｂとが重なる部位は、他の部位よりも、積層方向の厚みが厚くなっている。燃料電池２００では、ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂに隣接する絶縁板１２０ａ、１２０ｂにおいて、上記厚みが厚い部分の形状に応じた切り欠きや凹凸が形成されている。これにより、上記厚みが厚い部分に起因して、燃料電池２００内で部分的に面圧が上昇することが抑えられている。 (A-2) Terminal plate configuration:
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the terminal plates 110a and 110b. The terminal plates 110a and 110b have plate portions 10a and 10b and terminal portions 20a and 20b, respectively. The plate portions 10a and 10b are portions arranged so as to face the laminated surface of the laminated body 150. The terminal portions 20a and 20b are provided so as to project upward from the outer peripheral portions of the plate portions 10a and 10b in order to output the generated power of the fuel cell 200 to the outside, and are provided on the outer peripheral portions of the plate portions 10a and 10b. It is joined. As shown in FIG. 2, in the terminal plates 110a and 110b, a part of the terminal portions 20a and 20b is arranged on one surface of the plate portions 10a and 10b, and both are joined at a portion where they overlap. Has been done. Therefore, in the terminal plates 110a and 110b, the portion where the terminal portions 20a and 20b and the plate portions 10a and 10b overlap is thicker in the stacking direction than the other portions. In the fuel cell 200, notches and irregularities are formed in the insulating plates 120a and 120b adjacent to the terminal plates 110a and 110b according to the shape of the thick portion. As a result, it is possible to prevent the surface pressure from partially increasing in the fuel cell 200 due to the thick portion.

図２、および後述する図３Ａ〜図５Ｂでは、燃料電池２００における積層方向に対応する方向を、Ｘ方向として示している。本実施形態では、Ｘ方向は水平方向であり、水平方向のうち、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向として示している。また、図２では、鉛直方向を、Ｚ方向として示している。本実施形態では、＋Ｚ方向が、鉛直方向上方を表わす。 In FIGS. 2 and 3A to 5B described later, the direction corresponding to the stacking direction in the fuel cell 200 is shown as the X direction. In the present embodiment, the X direction is the horizontal direction, and of the horizontal directions, the direction perpendicular to the X direction is indicated as the Y direction. Further, in FIG. 2, the vertical direction is shown as the Z direction. In the present embodiment, the + Z direction represents the upper part in the vertical direction.

プレート部１０ａ、１０ｂの外形は、略矩形形状である。本実施形態では、端子部２０ａ、２０ｂは、それぞれ、略矩形形状のプレート部１０ａ、１０ｂにおける上辺部分から上方に突出するように設けられている。 The outer shape of the plate portions 10a and 10b has a substantially rectangular shape. In the present embodiment, the terminal portions 20a and 20b are provided so as to project upward from the upper side portions of the substantially rectangular plate portions 10a and 10b, respectively.

ターミナルプレート１１０ａのプレート部１０ａには、マニホールドＭ１ｉｎ〜Ｍ３ｏｕｔ（図１）を構成する貫通孔である孔部１１ａ〜１３ａおよび１１ｂ〜１３ｂが形成されている。具体的には、プレート部１０ａにおける鉛直方向の２辺のうちの一方の辺に沿って、孔部１１ａ、１３ａ、１２ａがこの順で設けられており、他方の辺に沿って、孔部１１ｂ、１３ｂ、１２ｂがこの順で設けられている。一方、ターミナルプレート１１０ｂは、マニホールドを形成するための孔部を有さない。燃料電池２００内において、ターミナルプレート１１０ｂは、各マニホールドＭ１ｉｎ〜Ｍ３ｏｕｔの閉塞された端部を形成する。 Holes 11a to 13a and 11b to 13b, which are through holes forming manifolds M1in to M3out (FIG. 1), are formed in the plate portion 10a of the terminal plate 110a. Specifically, the holes 11a, 13a, and 12a are provided in this order along one of the two vertical sides of the plate portion 10a, and the holes 11b are provided along the other side. , 13b, 12b are provided in this order. On the other hand, the terminal plate 110b does not have a hole for forming a manifold. In the fuel cell 200, the terminal plate 110b forms a closed end of each manifold M1in to M3out.

ターミナルプレート１１０ａと積層体１５０との間、および、ターミナルプレート１１０ｂと積層体１５０との間には、シール部材であるガスケットが配置される。ガスケットは、ゴムや樹脂により形成することができる。図２では、ターミナルプレート１１０ｂ上においてガスケットが配置される位置であるガスケットラインＳＬ１〜ＳＬ３を、一点鎖線で示す。ガスケットラインＳＬ１は、プレート部１０ｂの外周に沿って、孔部１１ａ〜１３ａと孔部１１ｂ〜１３ｂ、および、各単セルで発電反応が進行する領域と積層方向に重なる領域全体を囲むように、設けられている。ガスケットラインＳＬ２、ＳＬ３は、孔部１１ａ〜１３ａおよび孔部１１ｂ〜１３ｂの一部を囲むように形成されている。なお、ターミナルプレート１１０ａにおいても、図２に表われる面の裏面において、ターミナルプレート１１０ｂと同様の形状のガスケットラインＳＬ１〜ＳＬ３が形成される。 A gasket, which is a sealing member, is arranged between the terminal plate 110a and the laminated body 150, and between the terminal plate 110b and the laminated body 150. The gasket can be made of rubber or resin. In FIG. 2, the gasket lines SL1 to SL3, which are the positions where the gaskets are arranged on the terminal plate 110b, are shown by alternate long and short dash lines. The gasket line SL1 surrounds the holes 11a to 13a and the holes 11b to 13b along the outer circumference of the plate portion 10b, and the entire region overlapping the region where the power generation reaction proceeds in each single cell in the stacking direction. It is provided. The gasket lines SL2 and SL3 are formed so as to surround a part of the holes 11a to 13a and the holes 11b to 13b. Also in the terminal plate 110a, gasket lines SL1 to SL3 having the same shape as the terminal plate 110b are formed on the back surface of the surface shown in FIG.

プレート部１０ａ、１０ｂと端子部２０ａ、２０ｂとは、それぞれ異なる種類の金属によって構成されている。すなわち、プレート部１０ａ、１０ｂは、第１金属によって構成されており、端子部２０ａ、２０ｂは、第１金属とは異なる第２金属によって構成されている。第２金属は、第１金属と比べて導電性（導電率）の高い金属である。 The plate portions 10a and 10b and the terminal portions 20a and 20b are made of different types of metals. That is, the plate portions 10a and 10b are made of the first metal, and the terminal portions 20a and 20b are made of a second metal different from the first metal. The second metal is a metal having higher conductivity (conductivity) than the first metal.

既述したように、プレート部１０ａ、１０ｂは、マニホールドＭ１ｉｎ〜Ｍ３ｏｕｔの一部を構成する孔部１１ａ〜１３ａおよび１１ｂ〜１３ｂを有しており、また、プレート部１０ｂは、マニホールドＭ１ｉｎ〜Ｍ３ｏｕｔの閉塞された端部を構成する。また、プレート部１０ａ、１０ｂにおける積層体１５０に対向する面上には、冷媒の流路が形成される場合がある。このように、プレート部１０ａ、１０ｂは、燃料ガス、生成水を含む酸化ガス、あるいは冷媒に曝されるため、端子部２０ａ、２０ｂに比べて腐食が進行し易い。このようなプレート部１０ａ、１０ｂを構成する第１金属は、要求される耐食性やコスト等を考慮して、適宜選択すればよい。第１金属としては、例えばチタンやステンレスを用いることができ、耐食性の観点から特にチタンが好ましい。本実施形態では、第１金属としてチタンを用いている。 As described above, the plate portions 10a and 10b have holes 11a to 13a and 11b to 13b forming a part of the manifolds M1in to M3out, and the plate portions 10b are the manifolds M1in to M3out. Consists of a closed end. Further, a flow path of the refrigerant may be formed on the surface of the plate portions 10a and 10b facing the laminated body 150. As described above, since the plate portions 10a and 10b are exposed to the fuel gas, the oxidizing gas containing the generated water, or the refrigerant, corrosion is more likely to proceed than the terminal portions 20a and 20b. The first metal constituting such plate portions 10a and 10b may be appropriately selected in consideration of required corrosion resistance, cost and the like. As the first metal, for example, titanium or stainless steel can be used, and titanium is particularly preferable from the viewpoint of corrosion resistance. In this embodiment, titanium is used as the first metal.

また、既述したように、本実施形態では、端子部２０ａ、２０ｂを、プレート部１０ａ、１０ｂを構成する第１金属よりも導電性の高い第２金属により構成している。第２金属は、第１金属よりも導電性が高ければよく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、および貴金属から選択される金属とすることができる。本実施形態では、第２金属としてアルミニウム（Ａｌ）を用いている。そのため、本実施形態では、第１金属は、第２金属よりも耐食性が高い。ただし、第２金属として貴金属を用いる場合のように、第２金属の方が第１金属よりも耐食性が高くてもよい。 Further, as described above, in the present embodiment, the terminal portions 20a and 20b are made of a second metal having higher conductivity than the first metal constituting the plate portions 10a and 10b. The second metal may have higher conductivity than the first metal, and may be, for example, a metal selected from aluminum (Al), copper (Cu), and a noble metal. In this embodiment, aluminum (Al) is used as the second metal. Therefore, in the present embodiment, the first metal has higher corrosion resistance than the second metal. However, as in the case where a noble metal is used as the second metal, the second metal may have higher corrosion resistance than the first metal.

（Ａ−３）プレート部と端子部との接合部：
図３Ａおよび図３Ｂは、ターミナルプレート１１０ａにおけるプレート部１０ａと端子部２０ａとを接合する接合部１１５の配置を表わす説明図である。図３Ａは、平面図であり、図３Ｂは、図２に示す３Ｂ−３Ｂ断面における断面図である。図３Ａでは、プレート部１０ａにおいて図３Ａに表われる面の裏面側に形成されるガスケットラインＳＬ１〜ＳＬ３を、点線で示している。なお、ターミナルプレート１１０ｂも、ターミナルプレート１１０ａと同様の構成を有している。 (A-3) Joint between plate and terminal:
3A and 3B are explanatory views showing the arrangement of the joint portion 115 that joins the plate portion 10a and the terminal portion 20a in the terminal plate 110a. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line 3B-3B shown in FIG. In FIG. 3A, the gasket lines SL1 to SL3 formed on the back surface side of the surface shown in FIG. 3A in the plate portion 10a are shown by dotted lines. The terminal plate 110b also has the same configuration as the terminal plate 110a.

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ターミナルプレート１１０ａにおいて、積層体１５０に対向する第１面（図３Ａに表われる面の裏面）には、ガスケットラインＳＬ１〜ＳＬ３が存在し、第１面とは異なる第２面（図３Ａに表われる面）には、端子部２０ａの−Ｚ方向の端部が配置されて、プレート部１０ａと端子部２０ａとを接合する接合部１１５が設けられている。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、接合部１１５は、ターミナルプレート１１０ａの平面方向において、ガスケットラインＳＬ１から離間した位置に設けられている。ここで、ターミナルプレート１１０ａの平面方向とは、ターミナルプレート１１０ａの積層面に平行な方向であり、本実施形態ではＹ−Ｚ平面に平行な方向を指す。本実施形態では、接合部１１５は、ガスケットラインＳＬ１に対して−Ｚ方向に離間する位置に設けられている。 As shown in FIGS. 3A and 3B, in the terminal plate 110a, gasket lines SL1 to SL3 are present on the first surface facing the laminated body 150 (the back surface of the surface shown in FIG. 3A), and the first surface and the first surface. On a different second surface (the surface shown in FIG. 3A), the end portion of the terminal portion 20a in the −Z direction is arranged, and a joint portion 115 for joining the plate portion 10a and the terminal portion 20a is provided. .. As shown in FIGS. 3A and 3B, the joint portion 115 is provided at a position separated from the gasket line SL1 in the plane direction of the terminal plate 110a. Here, the plane direction of the terminal plate 110a is a direction parallel to the laminated surface of the terminal plate 110a, and in the present embodiment, a direction parallel to the YY plane. In the present embodiment, the joint portion 115 is provided at a position separated from the gasket line SL1 in the −Z direction.

プレート部１０ａ、１０ｂと端子部２０ａ、２０ｂとの接合には、種々の方法を採用可能である。例えば、レーザ溶接、アーク溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等の溶接により接合することができる。あるいは、摩擦圧接や摩擦攪拌接合により、上記接合を行なってもよい。また、ボルト接合を採用してもよい。本実施形態では、摩擦攪拌接合による接合を採用している。 Various methods can be adopted for joining the plate portions 10a and 10b to the terminal portions 20a and 20b. For example, it can be joined by welding such as laser welding, arc welding, electron beam welding, and resistance welding. Alternatively, the above joining may be performed by friction welding or friction stir welding. Further, bolt joints may be adopted. In this embodiment, joining by friction stir welding is adopted.

なお、ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂでは、接合部１１５の面積が大きいほど、特に、接合部１１５におけるＹ方向の長さが長いほど、接合部における発熱の程度を抑えることができるため望ましい。本実施形態では、図３Ａに示すように、端子部２０ａ、２０ｂを平面視したときの外周形状を逆Ｔ字型にして、接合部１１５におけるＹ方向の長さを、より長く確保している。 In the terminal plates 110a and 110b, the larger the area of the joint portion 115, particularly the longer the length of the joint portion 115 in the Y direction, the more the degree of heat generation at the joint portion can be suppressed, which is desirable. In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the outer peripheral shape when the terminal portions 20a and 20b are viewed in a plan view is formed into an inverted T shape, and the length of the joint portion 115 in the Y direction is secured longer. ..

以上のように構成された第１実施形態の燃料電池２００のターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂによれば、接合部１１５が、ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂの平面方向において、ガスケットラインＳＬ１から離間した位置に設けられている。そのため、接合部１１５に電流が集中して流れることにより接合部１１５が発熱する場合であっても、接合部１１５とガスケットとの間でより大きな距離を確保することができる。その結果、接合部１１５の発熱によってガスケットが高温になることを抑え、ガスケットの劣化を抑制することができる。ガスケットが劣化すると、ガスケットを設けた部位におけるシール性が低下するが、ガスケットの劣化を抑制することで、シール性の低下に起因する燃料電池２００の耐久性の低下を抑えることができる。 According to the terminal plates 110a and 110b of the fuel cell 200 of the first embodiment configured as described above, the joint portion 115 is provided at a position separated from the gasket line SL1 in the plane direction of the terminal plates 110a and 110b. ing. Therefore, even when the joint portion 115 generates heat due to the concentrated current flowing through the joint portion 115, a larger distance can be secured between the joint portion 115 and the gasket. As a result, it is possible to suppress the temperature of the gasket from becoming high due to the heat generated by the joint portion 115, and to suppress the deterioration of the gasket. When the gasket deteriorates, the sealing property at the portion where the gasket is provided deteriorates, but by suppressing the deterioration of the gasket, it is possible to suppress the deterioration of the durability of the fuel cell 200 due to the deterioration of the sealing property.

図４Ａおよび図４Ｂは、比較例としてのターミナルプレート１１０ａ０の構成を、図３Ａおよび図３Ｂと同様にして示す説明図である。ターミナルプレート１１０ａ０は、第１実施形態の燃料電池２００において、ターミナルプレート１１０ａに代えて用いられる。第１実施形態のターミナルプレート１１０ａと共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。ターミナルプレート１１０ａ０では、接合部１１５は、ターミナルプレート１１０ａ０の積層方向（Ｘ方向）において、ガスケットラインＳＬ１と重なる位置に設けられている。このような場合には、燃料電池２００の発電時に接合部１１５が発熱するときには、ガスケットは、より高温になり、ガスケットの劣化が進行しやすくなる。 4A and 4B are explanatory views showing the configuration of the terminal plate 110a 0 as a comparative example in the same manner as in FIGS. 3A and 3B. The terminal plate 110a 0 is used in place of the terminal plate 110a in the fuel cell 200 of the first embodiment. The same reference number is assigned to the portion common to the terminal plate 110a of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted. In the terminal plate 110a 0 , the joint portion 115 is provided at a position overlapping the gasket line SL1 in the stacking direction (X direction) of the terminal plate 110a 0. In such a case, when the joint portion 115 generates heat during power generation of the fuel cell 200, the temperature of the gasket becomes higher, and the deterioration of the gasket tends to progress.

さらに、本実施形態では、端子部２０ａ、２０ｂを構成する第２金属は、プレート部１０ａ、１０ｂを構成する第１金属よりも導電性が高いため、端子部２０ａ、２０ｂの発熱を抑えることができる。そのため、接合部１１５の発熱に起因するガスケットの昇温だけでなく、端子部２０ａ、２０ｂ全体の発熱に起因するガスケットの昇温も抑制することができる。 Further, in the present embodiment, since the second metal constituting the terminal portions 20a and 20b has higher conductivity than the first metal constituting the plate portions 10a and 10b, it is possible to suppress heat generation of the terminal portions 20a and 20b. can. Therefore, not only the temperature rise of the gasket due to the heat generation of the joint portion 115 but also the temperature rise of the gasket due to the heat generation of the entire terminal portions 20a and 20b can be suppressed.

また、本実施形態では、プレート部１０ａ、１０ｂは、プレート部１０ａ、１０ｂ内における他の部分とは金属の組成が異なる部分（被覆層等）を有することなく、単一の金属（合金を含む）である第１金属によって構成される。そのため、ターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂの構成を簡素化できる。 Further, in the present embodiment, the plate portions 10a and 10b do not have a portion (coating layer or the like) having a metal composition different from that of other portions in the plate portions 10a and 10b, and include a single metal (including an alloy). ) Is composed of the first metal. Therefore, the configurations of the terminal plates 110a and 110b can be simplified.

Ｂ．第２実施形態：
図５Ａおよび図５Ｂは、第２実施形態のターミナルプレート１１０ａ１の構成を、図３Ａおよび図３Ｂと同様にして示す説明図である。ターミナルプレート１１０ａ１は、第１実施形態の燃料電池２００において、ターミナルプレート１１０ａに代えて用いられる。第１実施形態のターミナルプレート１１０ａと共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、ターミナルプレート１１０ａ１では、接合部１１５は、ガスケットラインＳＬ１に対して、＋Ｚ方向に離間する位置に設けられている。 B. Second embodiment:
5A and 5B are explanatory views showing the configuration of the terminal plate 110a 1 of the second embodiment in the same manner as in FIGS. 3A and 3B. The terminal plate 110a 1 is used in place of the terminal plate 110a in the fuel cell 200 of the first embodiment. The same reference number is assigned to the portion common to the terminal plate 110a of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted. As shown in FIGS. 5A and 5B, in the terminal plate 110a 1 , the joint portion 115 is provided at a position separated from the gasket line SL1 in the + Z direction.

このような構成としても、接合部１１５とガスケットとの間でより大きな距離を確保することができるため、第１実施形態と同様に、接合部１１５の発熱によってガスケットが高温になることを抑え、ガスケットの劣化を抑制することができる。上記のように、接合部１１５は、ガスケットラインＳＬ１に対していずれの方向に離間していてもよい。すなわち、接合部は、ターミナルプレートの平面方向において、ガスケットラインから離間する位置に設けられていればよい。 Even with such a configuration, a larger distance can be secured between the joint portion 115 and the gasket, so that the gasket does not become hot due to heat generated by the joint portion 115, as in the first embodiment. Deterioration of the gasket can be suppressed. As described above, the joint portion 115 may be separated from the gasket line SL1 in any direction. That is, the joint may be provided at a position separated from the gasket line in the plane direction of the terminal plate.

Ｃ．他の実施形態：
第１および第２実施形態では、端子部２０ａ、２０ｂは、矩形形状のプレート部１０ａ、１０ｂにおける上辺部分から上方に突出するように設けたが、異なる構成としてもよい。例えば、プレート部１０ａ、１０ｂにおけるＺ方向に平行な辺のいずれかにおいて、端子部２０ａ、２０ｂを設けることとしてもよい。この場合であっても、接合部１１５が、ターミナルプレートの平面方向において、ガスケットラインＳＬ１から離間していればよい。なお、端子部２０ａ、２０ｂを、プレート部１０ａ、１０ｂにおけるＺ方向に平行な辺に設ける場合には、接合部１１５は、ガスケットラインＳＬ１に加えて、ガスケットラインＳＬ２またはＳＬ３からも離間するように設ければよい。 C. Other embodiments:
In the first and second embodiments, the terminal portions 20a and 20b are provided so as to project upward from the upper side portions of the rectangular plate portions 10a and 10b, but may have different configurations. For example, the terminal portions 20a and 20b may be provided on any of the sides of the plate portions 10a and 10b that are parallel to the Z direction. Even in this case, the joint portion 115 may be separated from the gasket line SL1 in the plane direction of the terminal plate. When the terminal portions 20a and 20b are provided on the sides of the plate portions 10a and 10b parallel to the Z direction, the joint portion 115 is separated from the gasket line SL2 or SL3 in addition to the gasket line SL1. It may be provided.

また、ターミナルプレートにおけるプレート部を平面視したときの外周形状は、矩形形状以外であってもよい。接合部が、ターミナルプレートの平面方向において、ガスケットラインから離間していればよい。 Further, the outer peripheral shape of the terminal plate when the plate portion is viewed in a plane may be other than the rectangular shape. The joint may be separated from the gasket line in the plane direction of the terminal plate.

第１および第２実施形態では、一対のターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂを同様の構成としたが、異なる構成としてもよい。具体的には、一対のターミナルプレート１１０ａ、１１０ｂのうちの一方についてのみ、本願発明を適用することとしてもよい。例えば、耐食性に対する要求が比較的低いターミナルプレートは、全体をアルミニウム（Ａｌ）で形成することとしてもよい。 In the first and second embodiments, the pair of terminal plates 110a and 110b have the same configuration, but may have different configurations. Specifically, the present invention may be applied only to one of the pair of terminal plates 110a and 110b. For example, a terminal plate having a relatively low requirement for corrosion resistance may be entirely made of aluminum (Al).

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each form described in the column of the outline of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems, or one of the above-mentioned effects. It is possible to replace or combine as appropriate to achieve part or all. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

１０ａ，１０ｂ…プレート部
１１ａ〜１３ａ，１１ｂ〜１３ｂ…孔部
２０ａ，２０ｂ…端子部
１００…単セル
１１０ａ，１１０ａ０，１１０ａ１…ターミナルプレート
１１０ｂ…ターミナルプレート
１１５…接合部
１２０ａ，１２０ｂ…絶縁板
１３０ａ，１３０ｂ…エンドプレート
１５０…積層体
２００…燃料電池
Ｍ１ｉｎ〜Ｍ３ｉｎ…マニホールド
Ｍ１ｏｕｔ〜Ｍ３ｏｕｔ…マニホールド
ＳＬ１〜ＳＬ３…ガスケットライン 10a, 10b ... Plate part 11a to 13a, 11b to 13b ... Hole part 20a, 20b ... Terminal part 100 ... Single cell 110a, 110a 0 , 110a 1 ... Terminal plate 110b ... Terminal plate 115 ... Joint part 120a, 120b ... Insulation plate 130a, 130b ... End plate 150 ... Laminated body 200 ... Fuel cell M1in to M3in ... Manifold M1out to M3out ... Manifold SL1 to SL3 ... Gasket line

Claims (1)

単セルが複数積層された積層体を備える燃料電池において、前記積層体の積層方向の端部に配置される燃料電池用のターミナルプレートであって、
前記積層体の積層面に対向するように配置され、第１金属によって構成されるプレート部と、
前記燃料電池の発電電力を外部に出力するために前記プレート部の外周部に接合され、第２金属によって構成される端子部と、
を備え、
前記ターミナルプレートにおいて、前記積層体に対向する第１面には、前記プレート部の外周に沿ってガスケットが配置される位置であるガスケットラインが存在し、前記第１面とは異なる第２面には、前記プレート部と前記端子部とを接合する接合部が設けられ、
前記第２金属は、前記第１金属よりも導電性が高く、
前記接合部は、前記ターミナルプレートの平面方向において、前記ガスケットラインから離間した位置に設けられている
ターミナルプレート。 In a fuel cell including a laminate in which a plurality of single cells are laminated, the terminal plate for the fuel cell is arranged at the end of the laminate in the stacking direction.
A plate portion arranged so as to face the laminated surface of the laminated body and made of a first metal, and a plate portion.
A terminal portion joined to the outer peripheral portion of the plate portion and composed of a second metal in order to output the generated power of the fuel cell to the outside, and a terminal portion.
With
In the terminal plate, on the first surface facing the laminated body, there is a gasket line at a position where a gasket is arranged along the outer circumference of the plate portion, and on a second surface different from the first surface. Is provided with a joint portion for joining the plate portion and the terminal portion.
The second metal has higher conductivity than the first metal and has a higher conductivity.
The joint portion is a terminal plate provided at a position separated from the gasket line in the plane direction of the terminal plate.
JP2017247260A 2017-12-25 2017-12-25 Terminal plate for fuel cells Active JP6939522B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017247260A JP6939522B2 (en) 2017-12-25 2017-12-25 Terminal plate for fuel cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017247260A JP6939522B2 (en) 2017-12-25 2017-12-25 Terminal plate for fuel cells

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019114430A JP2019114430A (en) 2019-07-11
JP6939522B2 true JP6939522B2 (en) 2021-09-22

Family

ID=67221637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017247260A Active JP6939522B2 (en) 2017-12-25 2017-12-25 Terminal plate for fuel cells

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6939522B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7213276B2 (en) * 2021-01-12 2023-01-26 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 Electrochemical reaction cell stack

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6806679B2 (en) * 2001-06-20 2004-10-19 Tai-Her Yang Low internal impedance current pool for a charging/discharging device
JP5214281B2 (en) * 2008-03-06 2013-06-19 本田技研工業株式会社 FUEL CELL STACK AND METHOD FOR MANUFACTURING FUEL CELL STACK TERMINAL
JP5374096B2 (en) * 2008-08-29 2013-12-25 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack and installation method thereof
JP5493503B2 (en) * 2009-06-29 2014-05-14 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell stack
JP5354023B2 (en) * 2009-10-15 2013-11-27 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell stack
JP6036497B2 (en) * 2013-04-08 2016-11-30 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell inspection device and inspection system
JP6117745B2 (en) * 2013-08-09 2017-04-19 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack
JP2018181422A (en) * 2017-04-03 2018-11-15 トヨタ自動車株式会社 Terminal plate for fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019114430A (en) 2019-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4741370B2 (en) Junction of bipolar plates of proton exchange membrane fuel cell stack
JP5023429B2 (en) Flat plate fuel cell
JP6038802B2 (en) Battery pack and prismatic secondary battery for use in the battery pack
JP6020413B2 (en) Terminal plate and fuel cell for fuel cell
JP2007311069A (en) Fuel cell stack, fuel cell separator, and its manufacturing method
JP2006294453A (en) Separator for fuel cell
JP5076359B2 (en) FUEL CELL STACK, FUEL CELL SEPARATOR, AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
JP2008053197A5 (en)
JP2015159106A (en) Fuel cell cassette and manufacturing method therefor, fuel cell stack
JP2015032559A (en) Solid oxide fuel cell stack and interconnector with separator
JP2007299556A (en) Current collection structure of fuel cell
JP6939522B2 (en) Terminal plate for fuel cells
JP2007220403A (en) Separator for fuel cell, fuel cell stack, and its manufacturing method
JP6103376B2 (en) Fuel cell stack and manufacturing method thereof
KR20160142296A (en) Three layered electrically insulating gasket for sofc unit
JP7010077B2 (en) Method for manufacturing a fuel cell separator joint and a fuel cell separator joint
US10615430B2 (en) Joint separator for fuel cell, and fuel cell stack
JP4944279B2 (en) Clad material for lead and welding method for clad material for lead
JPH10275626A (en) Layered fuel battery
JP6185448B2 (en) Terminal plate and fuel cell for fuel cell
JP6784207B2 (en) Terminal plate for fuel cells
JPS5996669A (en) Fused-carbonate fuel cell
JP2018181422A (en) Terminal plate for fuel cell
JP6741218B2 (en) Fuel cell
JP5604370B2 (en) Fuel cell separator and fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200826

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210621

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210803

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210816

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6939522

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151