本發(fā)明涉及一種燃料電池用端電池(end cell)加熱器及包括此的燃料電池，尤其涉及一種如下的燃料電池用端電池加熱器及包括此的燃料電池：在布置于燃料電池堆的兩端的端電池的外側(cè)布置端電池加熱器，從而可以防止存在于端電池的內(nèi)部的水凍結(jié)，據(jù)此可以提高在冬季冷啟動(dòng)燃料電池時(shí)的燃料電池的初期啟動(dòng)能力。

背景技術(shù)：

通常，燃料電池(fuel cell)是將由氫的氧化、還原產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，與現(xiàn)有的其他化學(xué)能源不同，所排出的副產(chǎn)物只有水(H₂O)，而幾乎沒(méi)有NO_x、SO_x及粉塵，并可以減少CO₂的產(chǎn)生量且?guī)缀鯖](méi)有噪音，因此作為次時(shí)代的替代能源而備受矚目。

這種燃料電池由單位電池(cell)形成，所述單位電池基本地由含有電解質(zhì)的電解質(zhì)板、燃料極(anode)、空氣極(cathode)及用于分離它們的分離板等構(gòu)成。但是，從單位電池通常產(chǎn)生0.6～0.8V的低電壓，因此，如圖1所示，可以將該單位電池30構(gòu)成為層疊數(shù)十張或數(shù)百?gòu)埖娜剂想姵囟?而得到所期望的電輸出。并且，所述含有電解質(zhì)的電解質(zhì)板、燃料極及空氣極的一體化構(gòu)成產(chǎn)物即為膜-電極組件(MEA)，并且在用于分離此的分離板形成有圖案，因此可以使燃料和空氣分別流動(dòng)。

并且，作為用于燃料電池的燃料有天然氣、石油、煤氣及甲醇等多種，并且通過(guò)燃料重整裝置將其轉(zhuǎn)換成氫而使用。

但是，在如上所述地以堆的形式構(gòu)成的燃料電池中，在位于層疊有多個(gè)單位電池的層疊方向的最外側(cè)的單位電池(端電池)殘留有由氧和氫結(jié)合而產(chǎn)生的水，并且在冬季由于冷的外氣溫度而使水在端電池的內(nèi)部?jī)鼋Y(jié)，從而導(dǎo)致在端電池不產(chǎn)生電，因此存在燃料電池的初始啟動(dòng)能力和振蕩能力降低的問(wèn)題。

[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

KR 10-1466507B1(2014.11.21)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題而提出，本發(fā)明的目的在于提供如下的燃料電池用端電池加熱器和包括此的燃料電池，在布置于燃料電池堆的兩端的端電池的外側(cè)布置端電池加熱器，因此可以防止存在于燃料電池堆的端電池內(nèi)部的水凍結(jié)，因此可以在冬季冷啟動(dòng)燃料電池時(shí)，提高燃料電池的初始啟動(dòng)能力。

技術(shù)方案

用于實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的燃料電池用端電池加熱器1000的特征在于，包括：支撐體100，形成為板型，在兩側(cè)以貫通兩面的方式分別形成有燃料流路140和空氣流路150；發(fā)熱部，配備于所述支撐體100的內(nèi)部而產(chǎn)生熱量；通電塊600，以貫通所述支撐體100的兩面的方式結(jié)合到所述支撐體100。

并且，特征在于，所述支撐體100在內(nèi)側(cè)形成有貫通兩面的空間部110和插入孔120，所述發(fā)熱部由正溫度系數(shù)元件200形成而布置于所述空間部110，所述通電塊600被插入在插入孔120，所述支撐體100還包括如下要素而構(gòu)成：第一電極300和第二電極400，層疊于所述支撐體100的兩面而與所述正溫度系數(shù)元件200電連接，且被所述通電塊600貫通并與所述通電塊600絕緣；一對(duì)絕緣體500，層疊于所述第一電極300和第二電極400的外側(cè)，并形成有使所述通電塊600貫通的貫通孔510，一對(duì)通電板700，層疊于所述一對(duì)絕緣體500的外側(cè)而與通電塊600結(jié)合，并與所述通電塊600電連接。

并且，特征在于，所述支撐體100在兩面凹入地形成有放置槽130，所述第一電極300、第二電極400、一對(duì)絕緣體500及一對(duì)通電板700放置于所述放置槽130的內(nèi)側(cè)，并形成為所述支撐體100的外表面與所述通電板700的外表面處于相同平面上。

并且，特征在于，在所述通電塊600形成有安裝孔610，在所述通電板700形成有對(duì)應(yīng)于所述安裝孔610的結(jié)合孔710，從而通電板700通過(guò)安裝單元800結(jié)合到通電塊600，所述安裝單元800以不向所述通電板700的外表面外側(cè)突出的方式形成。

并且，特征在于，形成于所述支撐體100的插入孔120在布置所述正溫度系數(shù)元件200的多個(gè)空間部110之間形成，或者在所述多個(gè)空間部110周圍形成。

并且，特征在于，所述支撐體100在兩端突出形成有連接銷170，所述連接銷170形成為與所述第一電極300和第二電極400電連接。

并且，特征在于，在所述支撐體100形成有連接端180，以與連接銷170電連接，并且第一電極300及第二電極400層疊并緊貼于所述支撐體100的兩面，從而使所述連接端180形成為與第一電極300及第二電極400電連接。

并且，特征在于，所述支撐體100、連接銷170和連接端180形成為一體型。

并且，本發(fā)明的包括燃料電池用端電池的燃料電池2000的特征在于，包括：燃料電池堆1100，由單位電池層疊而形成，在兩側(cè)以沿著層疊方向貫通兩面的方式分別形成有燃料流路1110和空氣流路1120；端電池加熱器1000，結(jié)合到所述燃料電池堆100，在所述單位電池中的層疊在最外廓的單位電池的外側(cè)層疊而連接有流路。

并且，特征在于，還包括：繞流板1200，由導(dǎo)電型材質(zhì)形成，在層疊有所述端電池加熱器1000的外側(cè)層疊，在兩側(cè)分別形成有燃料流路1210和空氣流路1220以與所述端電池加熱器1000的燃料流路140和空氣流路150分別連接。

并且，特征在于，還包括：電極板1300，由導(dǎo)電型材質(zhì)形成，在層疊有所述繞流板1200的外側(cè)層疊，向外側(cè)突出形成有電極端子1310；蓋部1400，由電絕緣材質(zhì)形成，以包裹所述電極板1300的外側(cè)的方式結(jié)合，并形成為所述電極端子1300暴露于外部；安裝部件1500，兩端結(jié)合到多個(gè)蓋部1400，以使所述燃料電池堆1100、端電池加熱器1000、繞流板1200、電極板1300和蓋部1400沿著層疊方向緊貼。

有益效果

本發(fā)明的燃料電池用端電池加熱器及包括此的燃料電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：能夠防止水在燃料電池堆的端電池內(nèi)部?jī)鼋Y(jié)，因此可以提高燃料電池的初期啟動(dòng)能力和振蕩能力。

并且，端電池加熱器可以沿著燃料電池堆的層疊單位電池的方向相同地層疊，從而端電池加熱器可容易地與燃料電池堆結(jié)合，因此具有無(wú)須形成用于將端電池加熱器結(jié)合到燃料電池堆的獨(dú)立的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是示出現(xiàn)有燃料電池的立體圖。

圖2和圖3是示出包括本發(fā)明的端電池加熱器的燃料電池的組裝立體圖和分解立體圖。

圖4和圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的端電池加熱器的組裝立體圖和分解立體圖。

圖6是圖4的AA'方向剖面圖。

圖7至圖12是示出組裝根據(jù)本發(fā)明的端電池加熱器的過(guò)程的立體圖。

符號(hào)說(shuō)明

1000：燃料電池用端電池加熱器 100：支撐體

110：空間部 120：插入孔

130：放置槽 140：燃料流路

150：空氣流路 160：冷卻流路

170：連接銷 180：連接端(tab)

200：正溫度系數(shù)元件(發(fā)熱部) 300：第一電極

310：連接部 320：絕緣部

400：第二電極 410：連接部

420：絕緣部 500：絕緣體

510：貫通孔 600：通電塊(block)

610：安裝孔 700：通電板

710：結(jié)合孔 800：安裝單元

2000：燃料電池 1100：燃料電池堆

1110：燃料流路 1120：空氣流路

1130：冷卻流路 1200：繞流(bypass)板

1210：燃料流路 1220：空氣流路

1230：冷卻流路 1300：電極板

1310：電極端子 1400：蓋部

1500：安裝部件 1510：安裝單元

具體實(shí)施方式

以下，參考附圖對(duì)具有上述構(gòu)成的本發(fā)明的燃料電池用端電池加熱器及包括此的燃料電池進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

圖4和圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的端電池加熱器的組裝立體圖和分解立體圖，圖6是圖4的AA'方向剖面圖，圖7至圖12是示出組裝根據(jù)本發(fā)明的端電池加熱器的過(guò)程的立體圖。

如圖所示，本發(fā)明的燃料電池用端電池加熱器1000可以包括：支撐體100，形成為板型，并且在兩側(cè)以貫通兩面的方式分別形成有燃料流路140和空氣流路150；發(fā)熱部，配備于所述支撐體100的內(nèi)部而產(chǎn)生熱；通電塊600，以貫通所述支撐體100的兩面的方式結(jié)合于所述支撐體100。

首先，支撐體100可以形成為板型，以能夠?qū)盈B并緊貼到端電池，并且可以形成為對(duì)應(yīng)于單位電池的外形的形態(tài)，其中，端電池是燃料電池堆中的作為在層疊單位電池的方向上布置于最外廓的單位電池。并且，支撐體100在長(zhǎng)度方向的兩側(cè)以貫通兩面的方式沿著厚度方向形成有燃料流路140和空氣流路150。此時(shí)，在燃料流路140和空氣流路150之間可以形成有冷卻流路160，以使用于冷卻燃料電池的熱交換介質(zhì)能夠流動(dòng)。

發(fā)熱部是產(chǎn)生熱量的部分，其可以配備于支撐體100的內(nèi)部而以電絕緣的方式形成。

通電塊600是由導(dǎo)電型材質(zhì)形成而能夠與燃料電池堆通電的部分，并且通電塊600可以以貫通支撐體100的兩面的方式結(jié)合到支撐體100。即，由于支撐體100是電絕緣性材質(zhì)，所以配備通電塊600以使從燃料電池堆產(chǎn)生的電被傳導(dǎo)。

因此，本發(fā)明的燃料電池用端電池加熱器能夠在作為布置于燃料電池堆的層疊方向最外側(cè)的單位電池的端電池的外側(cè)，與單位電池的層疊方向相同地層疊而結(jié)合，因此具有無(wú)須形成用于結(jié)合端電池加熱器的獨(dú)立的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，并且由于可以緊貼到燃料電池堆的端電池而對(duì)端電池進(jìn)行加熱，所以能夠防止水在燃料電池堆的端電池內(nèi)部?jī)鼋Y(jié)，因此具有能夠提高燃料電池的初始啟動(dòng)能力(start ability)和振蕩能力(oscillation ability)的優(yōu)點(diǎn)。

并且，這種端電池加熱器1000中，所述支撐體100在內(nèi)側(cè)形成有貫通兩面的空間部110和插入孔120，所述發(fā)熱部由正溫度系數(shù)(PTC)元件200形成而布置于所述空間部110，且所述通電塊600被插入到插入孔120，并且還包括如下要素而構(gòu)成：第一電極300和第二電極400，層疊于所述支撐體100的兩面而電連接到所述正溫度系數(shù)元件200，并使所述通電塊600貫通而與所述通電塊600絕緣；一對(duì)絕緣體500，層疊于所述第一電極300和第二電極400的外側(cè)，并形成有使所述通電塊600貫通的貫通孔510；一對(duì)通電板700，層疊于所述一對(duì)絕緣體500的外側(cè)而與通電塊600結(jié)合，并與所述通電塊600電連接。

首先，支撐體100在內(nèi)側(cè)形成貫通兩面的空間部110和插入孔120。即，空間部110和插入孔120可以沿著支撐體100的厚度方向貫通形成，空間部110和插入孔120可以形成多個(gè)，而以下對(duì)形成多個(gè)空間部110和插入孔120的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。

并且，發(fā)熱部由正溫度系數(shù)(PTC；Positive Temperature Coefficient)元件200形成而布置于空間部110，且通電塊600能夠被插入到插入孔120。即，在沿著支撐體100的長(zhǎng)度方向相隔形成的多個(gè)空間部110可以分別插入有正溫度系數(shù)元件200，且各個(gè)通電塊600可以分別被插入到多個(gè)插入孔120而結(jié)合。

此時(shí)，本發(fā)明的端電池加熱器1000還可以包括第一電極300、第二電極400、絕緣體500和通電板700而形成。

即，在正溫度系數(shù)元件200插入于支撐體100的多個(gè)空間部110、通電塊600插入于多個(gè)插入孔120的狀態(tài)下，在支撐體100的上表面可以層疊有作為陽(yáng)極的第一電極300，而且在下表面層疊有作為陰極的第二電極400，從而可以固定正溫度系數(shù)元件200，第一電極300和第二電極400貫通有通電塊600，并且可以形成有絕緣部320、420而與多個(gè)通電塊600電絕緣，第一電極300和第二電極400可以形成有連接部310、40，以與正溫度系數(shù)元件200電連接。并且，在第一電極300的上側(cè)和第二電極400的下側(cè)分別層疊有用于絕緣的絕緣體500。并且，在作為多個(gè)絕緣體500的外側(cè)的上部絕緣體500的上側(cè)和下部絕緣體500的下側(cè)層疊有通電板700，且通電板700由導(dǎo)電型材質(zhì)形成而與通電塊600結(jié)合，從而以能夠使電通過(guò)支撐體100的兩面而被傳導(dǎo)的方式構(gòu)成。

因此，可以形成為使從燃料電池堆產(chǎn)生的電與通過(guò)多個(gè)電極300、400而供應(yīng)到正溫度系數(shù)元件200的電彼此絕緣，并且可以通過(guò)從一對(duì)通電板700的外側(cè)施加外力而沿著層疊方向擠壓，從而將多個(gè)通電板700結(jié)合到通電塊600，因此可以確保實(shí)現(xiàn)多個(gè)電極300、400與正溫度系數(shù)元件200之間的電連接。

并且，所述支撐體100在兩面凹陷地形成有放置槽130，所述第一電極300、第二電極400、一對(duì)絕緣體500及一對(duì)通電板700被放置于所述放置槽130的內(nèi)側(cè)，從而可以形成為所述支撐體100的外表面和所述通電板700的外表面處于相同平面上。

即，支撐體100在兩面凹陷地形成有放置槽130，從而可以在形成所述放置槽130的區(qū)域內(nèi)形成多個(gè)空間部110和多個(gè)插入孔120，并且可以在放置槽130的內(nèi)側(cè)放置第一電極300、第二電極400、一對(duì)絕緣體500及一對(duì)通電板700而層疊，從而形成為當(dāng)通電板700與通電塊600結(jié)合時(shí)，支撐體100的兩面與通電板700的外側(cè)面一致。

因此，如果將本發(fā)明的端電池加熱器1000層疊在燃料電池堆，可以容易地連接彼此對(duì)應(yīng)的燃料流路和空氣流路，并且通電板700可以緊貼到燃料電池堆的端電池，因此可以順利地傳遞熱量和電。

并且，在所述通電塊600形成有安裝孔610，在所述通電板700形成有對(duì)應(yīng)于所述安裝孔610的結(jié)合孔710，因此通電板700借助安裝單元800而結(jié)合到通電塊600，所述安裝單元800可以形成為不向所述通電板700的外表面外側(cè)突出。

即，在利用安裝單元800而將通電板700結(jié)合到通電塊600的情況下，在通電塊600形成由內(nèi)螺紋形成的安裝孔610，并在通電板700以能夠貫通的方式形成結(jié)合孔710，從而可以實(shí)現(xiàn)結(jié)合，此時(shí)，安裝單元800可以形成為平頭螺栓，而且通電板700可以形成對(duì)應(yīng)于平頭螺栓的頭部形狀的結(jié)合孔710，從而可以形成為安裝單元800不向通電板700的表面外側(cè)突出。

因此，可以使通電板700緊貼到燃料電池堆的端電池。

并且，形成于所述支撐體100的插入孔120可以在布置正溫度系數(shù)元件200的多個(gè)空間部110之間形成，或者在多個(gè)所述空間部110的周圍形成。

即，由于可以使通電板700結(jié)合到通電塊600而沿著層疊方向緊貼，所以可以將插入通電塊600的插入孔120形成于插入正溫度系數(shù)元件200的多個(gè)空間部110之間或者多個(gè)空間部110的周圍，以使多個(gè)電極300、400與正溫度系數(shù)元件200緊貼。

并且，所述支撐體100在兩端突出形成有連接銷170，所述連接銷170可以形成為與所述第一電極300和第二電極400電連接。

其目的為使分別連接到第一電極300和第二電極400的電連接部向支撐體100的外側(cè)突出形成，并可以使連接銷170在支撐體100的長(zhǎng)度方向的兩端突出形成，并且可以使連接銷170與第一電極300和第二電極400電連接。

在此，如圖所示，在正溫度系數(shù)元件200配備有三個(gè)的情況下，可以構(gòu)成為，將連接銷170在兩側(cè)分別形成兩個(gè)，從而總共形成四個(gè)連接銷170，并使三個(gè)連接銷170連接到作為陰極的第二電極400，且使一個(gè)連接銷170連接到作為陽(yáng)極的第一電極300。此時(shí)，作為陰極的第二電極400可以形成為圖案形態(tài)的電路，以與三個(gè)連接銷170連接。

并且，在所述支撐體100中，連接端180以與電連接到連接銷170的方式形成，并且所述第一電極300和第二電極400層疊并緊貼于所述支撐體100的兩面，因此可以形成為所述連接端180與第一電極300和第二電極400電連接。

即，由于第一電極300及第二電極400層疊于支撐體100，所以連接端180可以以使第一電極300及第二電極400能夠通過(guò)層疊而緊貼于支撐體100且與連接銷170電連接的方式形成于支撐體100。此時(shí)，連接端180形成于放置槽130的內(nèi)側(cè)下表面，從而在第一電極300和第二電極400以放置于放置槽130的方式層疊時(shí)，可以容易地實(shí)現(xiàn)連接端180和多個(gè)電極300、400的電連接。

并且，所述支撐體100、連接銷170和連接端180可以形成為一體型。

即，連接銷170和連接端180以彼此連接的形態(tài)形成為一體型，因此可以通過(guò)嵌件注塑而使支撐體100、連接銷170和連接端180形成為一體型。

并且，圖2和圖3是示出包括本發(fā)明的端電池加熱器的燃料電池的組裝立體圖和分解立體圖。

如圖所示，包括本發(fā)明的燃料電池用端電池加熱器的燃料電池2000可以包括：燃料電池堆1100，由單位電池層疊而形成，并在兩側(cè)以沿著層疊方向貫通兩面的方式分別形成有連接流路1110和空氣流路1120；所述端電池加熱器1000，結(jié)合到所述燃料電池堆100，層疊于所述單位電池中的層疊在最外廓的單位電池的外側(cè)，并連接有流路。

即，燃料電池2000可以通過(guò)使端電池加熱器1000層疊在由多個(gè)單位電池層疊形成的燃料電池堆1100而形成，且端電池加熱器1000可以在作為層疊在燃料電池堆1100的最外廓的單位電池的端電池以與層疊方向相同地層疊而緊貼。此時(shí)，形成于燃料電池堆1100的燃料流路1110和空氣流路1120可以以對(duì)應(yīng)于端電池加熱器1000的燃料流路140和空氣流路150的方式連接。此時(shí)，在燃料電池堆1100中，冷卻流路1130形成于燃料流路1110和空氣流路1120之間，從而可以使熱交換介質(zhì)(制冷劑)經(jīng)由單位電池而冷卻單位電池。

因此，與將構(gòu)成燃料電池堆的單位電池層疊的方法相同地，可以僅以層疊并緊貼在端電池的外側(cè)的方式將端電池加熱器結(jié)合，從而在燃料電池堆設(shè)置端電池加熱器，并且無(wú)需配備用于連接流路的獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，因此具有端電池加熱器的設(shè)置非常容易的優(yōu)點(diǎn)。并且，由于可以如上所述地利用端電池加熱器而防止水在燃料電池堆的端電池內(nèi)部?jī)鼋Y(jié)，所以具有能夠提高初始啟動(dòng)能力和振蕩能力的優(yōu)點(diǎn)。

并且，還可以包括繞流板1200，所述繞流板1200由導(dǎo)電型材質(zhì)形成，在層疊有所述端電池加熱器1000的外側(cè)層疊，并在兩側(cè)以分別連接到所述端電池加熱器1000的燃料流路140和空氣流路150的方式分別形成有燃料流路1210和空氣流路1220。

即，可以在具有充分的剛性且由導(dǎo)電型材質(zhì)構(gòu)成的繞流板1200的兩側(cè)形成燃料流路1210和空氣流路1220，并利用繞流板1200而使端電池加熱器1000整體緊貼到端電池。此時(shí)，在繞流板1200也可以形成有冷卻流路1230。

并且，還可以包括：電極板1300，由導(dǎo)電型材質(zhì)形成，在層疊有所述繞流板1200的外側(cè)層疊，且向外側(cè)突出形成有電極端子1310；蓋部1400，由電絕緣材質(zhì)形成，以包裹所述電極板1300的外側(cè)的方式結(jié)合，并形成為所述電極端子1300暴露于外部；安裝部件1500，兩端結(jié)合到蓋部1400，以使所述燃料電池堆1100、端電池加熱器1000、繞流板1200、電極板1300和蓋部1400沿著層疊方向緊貼。

上述情形為，將沿著層疊方向較長(zhǎng)地形成的多個(gè)安裝部件1500的兩端用安裝單元1510結(jié)合固定于蓋部1400，以將燃料電池堆1100、一對(duì)端電池加熱器1000、一對(duì)繞流板1200、一對(duì)電極部1300和一對(duì)蓋部1400層疊，并使它們以層疊的狀態(tài)緊貼固定。

此時(shí)，電極板1300的長(zhǎng)度可以形成為比繞流板1200的長(zhǎng)度短，而不會(huì)堵住燃料流路、空氣流路和冷卻流路等，并且可以沿著層疊的外側(cè)方向突出形成有電極端子1310以能夠?qū)a(chǎn)生于燃料電池堆1100的電傳遞到外部；蓋部1400可以包裹電極板1300而使其絕緣，且蓋部1400的對(duì)應(yīng)于電極端子1310的部分可以貫通形成，以使電極端子1310能夠暴露于蓋部1400的外部。并且，在一側(cè)的蓋部1400可以形成有能夠與冷卻流路連接的連通孔，在另一側(cè)的蓋部1400可以形成有能夠與燃料流路和空氣流路連接的連通孔。

本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，且其應(yīng)用范圍顯然多樣，在不脫離權(quán)利要求書(shū)中請(qǐng)求的本發(fā)明的宗旨的情況下，在本發(fā)明的所屬領(lǐng)域中具有基本知識(shí)的人員顯然都可以實(shí)現(xiàn)多種變形實(shí)施。