專利名稱：燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有將發(fā)電單電池層疊而成的層疊體的燃料電池。
背景技術(shù)：
近年來，以通過燃料氣體與氧化氣體的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電的燃料電 池為能量源的燃料電池汽車等受到矚目。
這樣的燃料電池通常構(gòu)成為燃料電池組，其中包括層疊所需數(shù)目的 通過燃料氣體與氧化氣體的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電的單電池而成的單電池層 疊體，和配置在該單電池層疊體的層疊方向的外側(cè)并且向單電池層疊體賦 予由栽荷調(diào)整螺栓調(diào)整的壓縮載荷的端板。
而且，在該燃料電池中，為了實(shí)現(xiàn)向單電池層疊體賦予的壓縮栽荷的 均勻化以及壓縮載荷的變動(dòng)的降低，在單電池層疊體與端板之間存在有在 板間配置有多個(gè)彈簧的彈簧模塊(例如，參照特開2004-288618號(hào)公報(bào))

發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述彈簧模塊中，是通過設(shè)置在端板的中央的一根載荷調(diào)整 螺栓向一方的板的一點(diǎn)賦予栽荷的構(gòu)造，所以會(huì)有向板施加載荷變得不穩(wěn) 定、向單電池層疊體賦予的壓縮載荷變得不均勻的危險(xiǎn)。
本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供能夠穩(wěn)定地向按壓 裝置賦予栽荷、均勻地向單電池層疊體賦予壓縮載荷的燃料電池。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的燃料電池，該燃料電池包括將多個(gè)單 電池層疊而成的單電池層疊體，配置在該單電池層疊體的層疊方向的外側(cè) 的端板，和設(shè)置在所述單電池層疊體與所述端板之間而調(diào)整作用在所述單電池層疊體上的壓縮載荷的按壓裝置；其中所述端板包括多個(gè)栽荷賦予 部；所述按壓裝置包括 一對(duì)板體，配置在這些板體之間而通過彈性力使 所述板體彼此互相分離的彈性構(gòu)件，和通過所述載荷賦予部賦予載荷的多 個(gè)載荷輸入部。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于由多個(gè)栽荷賦予部在多個(gè)載荷輸入部對(duì)按壓裝置賦 予載荷，所以能夠穩(wěn)定地對(duì)按壓裝置的板體賦予載荷，由此，能夠抑制按 壓裝置的板體彼此的表面方向上的相對(duì)錯(cuò)位、傾斜，所以能夠使彈性構(gòu)件 平滑地發(fā)揮彈性力而穩(wěn)定地對(duì)單電池層疊體賦予均勻的壓縮載荷。
也可以設(shè)置成所述按壓裝置具有沿著一個(gè)方向(長(zhǎng)度方向)比另一 個(gè)方向長(zhǎng)的俯視形狀；將所述多個(gè)載荷輸入部沿著該按壓裝置的長(zhǎng)度方向 配置。
由此，能夠?qū)崿F(xiàn)在多個(gè)載荷輸入部對(duì)按壓裝置的板體賦予的載荷的穩(wěn) 定化。
也可以設(shè)置成使由多個(gè)所述載荷輸入部賦予的載荷的輸入中心與所 述按壓裝置的彈性力中心一致，其中所述按壓裝置的彈性力中心與所述單 電池層疊體的反作用力中心一致。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)坞姵貙盈B體均勻地賦予壓縮載荷，而且能夠抑 制在單電池層疊體上產(chǎn)生不需要的力矩。
所述單電池層疊體的反作用力中心也可以考慮下述條件中的至少一個(gè) 而確定構(gòu)成所述單電池的隔片的外型，形成在所述隔片的至少一面?zhèn)鹊?流體流道(例如，燃料氣體流道、氧化氣體流道、制冷劑流道)的位置、 形狀，向所述流體流道給排燃料氣體、氧化氣體、制冷劑等流體的歧管的 位置、形狀，將所述隔片之間粘接的粘接劑的特性(例如，彈簧常數(shù))、 位置，對(duì)所述隔片和與所述隔片一起構(gòu)成所述單電池的膜電極組件之間進(jìn) 行密封的密封構(gòu)件的特性(例如，彈簧常數(shù))、位置。
根據(jù)本發(fā)明的燃料電池，能夠穩(wěn)定地向按壓裝置賦予載荷、均勻地向 單電池層疊體賦予壓縮栽荷。


圖l是本實(shí)施方式所涉及的燃料電池的局部的剖視圖。
圖2是表示單電池層疊體的反作用力中心的圖，是圖1中的A-A剖視圖。
圖3是表示彈簧模塊的彈性力中心的圖，是圖1中的B-B剖視圖。 圖4是表示與彈簧模塊相對(duì)的載荷輸入中心的圖，是圖1中的C-C剖 視圖。
圖5是表示與彈簧模塊相對(duì)的載荷輸入中心的圖，是圖4之外的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
接下來，參照?qǐng)D1~圖5對(duì)本發(fā)明所涉及的燃料電池的第一實(shí)施方式 進(jìn)行說明。
圖1表示燃料電池10。該燃料電池10能夠應(yīng)用于燃料電池汽車的車 栽發(fā)電系統(tǒng)或者船舶、飛機(jī)、電力列車、移動(dòng)機(jī)器人等所有的移動(dòng)體用的 發(fā)電系統(tǒng)，還能夠應(yīng)用于作為建筑物(住宅、寫字樓等)用的發(fā)電設(shè)備而 使用的固定用發(fā)電系統(tǒng)等，但具體地說為汽車用。
燃料電池10具有燃料電池組ll，和覆蓋該燃料電池組ll的外側(cè)的 由合成樹脂等絕緣材料構(gòu)成的未圖示的電池組殼體。對(duì)于燃料電池組11， 通過張力板13將一對(duì)矩形狀的端板12 (—方的端板的圖示省略)互相的 外邊緣部彼此連結(jié)而構(gòu)成外側(cè)部分，這些端板12以及張力板13由例如硬 鋁等形成。
另外，燃料電池組11在端板12彼此之間設(shè)有單電池層疊體22，其中 該單電池層疊體是層疊所需要的數(shù)目的接受燃料氣體以及氧化氣體的供給 而發(fā)電的俯視矩形狀的單電池21而成的。而且，在一方的端板12與單電 池層疊體22之間，從端板12側(cè)開始按順序配置有彈簧模塊(按壓裝置) 23、絕緣板24、接線板25以及蓋板26。另外，蓋板26也可以省略。
另外，雖然未圖示，但在另一方的端板12與單電池層疊體22之間，從端板12側(cè)開始按順序配置有絕緣板24、接線板25以及蓋板26。
而且，設(shè)置有彈簧模塊23的一側(cè)的端板12包括連結(jié)在張力板13 上的矩形狀的端板主體30，和設(shè)置在比該端板主體30的連結(jié)到張力板13 上的連結(jié)位置更靠?jī)?nèi)側(cè)的范圍內(nèi)的檔塊31。
在端板主體30上，形成有在厚度方向上貫通的多個(gè)貫通孔32。檔塊 31抵接于端板主體30的彈簧模塊23 —側(cè)，由此對(duì)包含端板主體30的端 板12進(jìn)行加強(qiáng)。該檔塊31具有在內(nèi)側(cè)形成有陰螺紋34的圓筒狀的凸起 部35，和從該凸起部35的軸線方向的中間位置遍及整個(gè)圓周地向半徑方 向外側(cè)延伸的、與凸起部35同軸的一定厚度的大致圓板狀的法蘭部36。
而且，檔塊31在凸起部35中從法蘭部36向軸線方向一側(cè)突出的一方 的圓筒部37被插入端板主體30的貫通孔32,法蘭部36的整個(gè)面抵接于 端板主體30。另外，檔塊31的一方的圓筒部37的軸方向長(zhǎng)度被設(shè)為與端 板主體30的貫通孔32的軸方向長(zhǎng)度相同，圓筒部37的端面與端板主體 30的外側(cè)的端面位于同一平面上。
而且，端板12具有與所述檔塊31的陰螺紋34螺紋結(jié)合的多個(gè)載荷調(diào) 整螺栓(載荷賦予部)41,該載荷調(diào)整螺栓41抵接于彈簧模塊23的形成 在端板12—側(cè)的球面狀的突起部28。在這里，在載荷調(diào)整螺栓41上，在 突起部28 —側(cè)形成有凹部43，該凹部43與突起部28配合。
另外，在載荷調(diào)整螺栓41上在與突起部28相反一側(cè)形成有使六角螺 栓等工具嵌合的工具嵌合部42，載荷調(diào)整螺栓41經(jīng)由嵌合在該工具嵌合 部42上的工具而旋轉(zhuǎn)，由此調(diào)整端板12與單電池層疊體22的距離而調(diào)整 作用在單電池層疊體22上的壓縮載荷。
彈簧模塊23，具有端板12 —側(cè)的上板(板體)51和單電池層疊體22 一側(cè)的下板(板體)52，形成為沿著一個(gè)方向(長(zhǎng)度方向)比另一個(gè)方向 長(zhǎng)的俯視長(zhǎng)方形狀，在這些上板51與下板52之間，配設(shè)有多個(gè)螺旋彈簧 (彈性構(gòu)件)53。
上板51以及下板52由例如鋁等比重較小的金屬材料形成，在上板51 上形成有載荷調(diào)整螺栓41抵接的突起部28。另夕卜，彈簧模塊23具有設(shè)置在上板51上的刻度板57以及設(shè)置在下板 52上的指針板58，經(jīng)由刻度板57讀取指針板58的端部位置，由此能夠把 握經(jīng)由彈簧模塊23賦予單電池層疊體22的壓縮載荷。
在這里，圖2表示彈簧模塊23受到的單電池層疊體22的反作用力中 心A。該單電池層疊體22的反作用力中心A的位置由下述條件而確定 構(gòu)成單電池21的隔片的形狀(例如，隔片的外型，形成在隔片的至少一面 側(cè)的流體流道(例如，燃料氣體流道、氧化氣體流道、制冷劑流道)或者 向該流體流道給排燃料氣體、氧化氣體、制冷劑等流體的歧管的位置、形 狀等)，將隔片之間粘接的粘接劑或者對(duì)隔片和與隔片一起構(gòu)成單電池21 的MEA ( Membrane Electrode Assembly:膜電極組件)之間進(jìn)行密封的 密封構(gòu)件的彈簧常數(shù)(楊氏模量)、位置等；并通過模擬、計(jì)算等求得。
另外，圖3表示彈簧模塊23中的彈性力中心B。例如如果在上板51 與下板52之間均等地配置彈性構(gòu)件53，則該彈性力中心B變?yōu)閺椈赡K 23的幾何中心，但由該幾何中心構(gòu)成的彈性力中心B并不一定與單電池層 疊體22的反作用力中心A —直一致。
因此，在該彈簧模塊23中，將螺旋彈簧53的位置或者各螺旋彈簧53 的彈簧常數(shù)設(shè)定為使彈性力中心B與單電池層疊體22的反作用力中心A 一致。
圖4以及圖5表示向彈簧模塊23輸入載荷的載荷輸入中心C。該載荷 輸入中心C是向彈簧模塊23賦予(輸入)的載荷的中心位置，在本實(shí)施 方式中，是由設(shè)置在端板12上的兩個(gè)載荷調(diào)整螺栓41在兩個(gè)突起部28 處賦予的載荷的中心位置。具體地說，該載荷輸入中心C為連結(jié)由突起部 28的中心點(diǎn)構(gòu)成的載荷輸入部28a的直線上的中點(diǎn)。
而且，在所述彈簧模塊23中，使該載荷輸入中心C與單電池層疊體 22的反作用力中心A以及彈性力中心B—致。另外，當(dāng)在一個(gè)場(chǎng)所賦予 載荷時(shí)，賦予該載荷的載荷輸入部變?yōu)檩d荷輸入中心C，當(dāng)在三個(gè)以上場(chǎng) 所賦予栽荷時(shí)，變?yōu)檫B結(jié)各載荷輸入部而成的多邊形的重心位置。另外， 也能夠通過改變彈簧模塊23的各螺旋彈簧53等的彈簧常數(shù)，來設(shè)定栽荷輸入中心c。
如上所述，作為使反作用力中心A、彈性力中心B以及載荷輸入中心 C一致的過程，首先通過模擬、機(jī)上計(jì)算等求得單電池層疊體22的反作用 力中心A，接下來通過調(diào)整螺旋彈簧53的位置或者各螺旋彈簧53的彈簧 常數(shù)，使彈簧模塊23的彈性力中心B與單電池層疊體22的反作用力中心 A—致。
然后，調(diào)整由賦予載荷的突起部28的中心點(diǎn)構(gòu)成的載荷輸入部28a 的位置，并且通過載荷調(diào)整螺栓41調(diào)整栽荷，使向彈簧模塊23賦予的載 荷中心位置C與反作用力中心A以及彈性力中心B —致。
而且，在所述燃料電池IO，由載荷調(diào)整螺栓41向單電池層疊體22賦 予的壓縮載荷通過具有多個(gè)螺旋彈簧53的彈簧模塊23而在表面方向上均 勻化，另外通過螺旋彈簧53吸收由發(fā)電時(shí)的膨脹收縮引起的壓縮載荷的變 動(dòng)。
此時(shí)，根據(jù)所述燃料電池IO，由于通過多個(gè)載荷調(diào)整螺栓41在多個(gè) 載荷輸入部28a對(duì)彈簧模塊23賦予栽荷，所以能夠穩(wěn)定地對(duì)彈簧模塊23 的上板51賦予載荷。
特別，由于對(duì)于沿著一個(gè)方向(長(zhǎng)度方向)比另一個(gè)方向長(zhǎng)的俯視長(zhǎng) 方形狀的彈簧模塊23沿著其長(zhǎng)度方向配置由載荷調(diào)整螺栓41賦予載荷的 載荷輸入部28a,所以能夠?qū)崿F(xiàn)在多個(gè)載荷輸入部28a對(duì)彈簧模塊23的上 板51賦予的載荷的穩(wěn)定化。
由此，能夠抑制彈簧模塊23的上板51以及下板52的表面方向上的相 對(duì)錯(cuò)位、傾斜，能夠使螺旋彈簧53平滑地發(fā)揮彈性力而穩(wěn)定地對(duì)單電池層 疊體22賦予均勻的壓縮載荷。
而且，由于使由多個(gè)載荷輸入部28a賦予的載荷輸入中心C與彈簧模 塊23的彈性力中心B —致，其中所述彈簧模塊23的彈性力中心B與單電 池層疊體22的反作用力中心A —致，所以能夠相對(duì)于單電池層疊體22均 勻地賦予載荷，而且能夠抑制在單電池層疊體22上產(chǎn)生不需要的力矩。
另外，作為彈簧模塊23，并不局限于具備多個(gè)螺旋彈簧53的類型，
8也可以是具備一個(gè)螺旋彈簧的類型，或者也可以代替螺旋彈簧而具備碟形 彈簧。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池，該燃料電池包括將多個(gè)單電池層疊而成的單電池層疊體，配置在該單電池層疊體的層疊方向的外側(cè)的端板，和設(shè)置在所述單電池層疊體與所述端板之間而調(diào)整作用在所述單電池層疊體上的壓縮載荷的按壓裝置；其中所述端板包括多個(gè)載荷賦予部；所述按壓裝置包括一對(duì)板體，配置在這些板體之間而通過彈性力使所述板體彼此互相分離的彈性構(gòu)件，和通過所述載荷賦予部賦予載荷的多個(gè)載荷輸入部。
2. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池，其中 所述按壓裝置具有沿著一個(gè)方向比另一個(gè)方向長(zhǎng)的俯視形狀； 將所述多個(gè)載荷輸入部沿著該按壓裝置的長(zhǎng)度方向配置。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池，其中使由多個(gè)所述載荷輸 入部賦予的栽荷的輸入中心與所述按壓裝置的彈性力中心一致，其中所述 按壓裝置的彈性力中心與所述單電池層疊體的反作用力中心一致。
4. 如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池，其中， 所述單電池層疊體的反作用力中心是考慮下述條件中的至少一個(gè)而確定 的構(gòu)成所述單電池的隔片的外型，形成在所述隔片的至少一面?zhèn)鹊牧黧w 流道的位置、形狀，向所述流體流道給排燃料氣體、氧化氣體、制冷劑等 流體的歧管的位置、形狀，將所述隔片之間粘接的粘接劑的特性、位置， 對(duì)所述隔片和與所述隔片一起構(gòu)成所述單電池的膜電極組件之間進(jìn)行密封 的密封構(gòu)件的特性、位置。
全文摘要
本發(fā)明的燃料電池(10)設(shè)置有將多個(gè)單電池(21)層疊而成的單電池層疊體(22)，配置在單電池層疊體(22)的層疊方向的外側(cè)的端板(12)，和設(shè)置在單電池層疊體(22)與端板(12)之間而調(diào)整作用在單電池層疊體(22)上的壓縮載荷的彈簧模塊(23)。彈簧模塊(23)包括配置在上板(51)與下板(52)之間而通過彈性力使上板(51)以及下板(52)互相分離的螺旋彈簧(53)，端板(12)包括多個(gè)載荷調(diào)整螺栓(41)。通過載荷調(diào)整螺栓(41)而在多個(gè)載荷輸入部(28a)對(duì)彈簧模塊(23)賦予載荷。
文檔編號(hào)H01M8/24GK101473486SQ20078002299
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月20日
發(fā)明者稻垣敏幸 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社