燃料电池系统的制作方法
【专利摘要】一种燃料电池系统，包括：燃料电池组（100），在该燃料电池组中，端板（150a、150b）分别设置在单体电池的单体电池组（110）的沿着堆叠方向的两端处，并且在该燃料电池组中，用于沿着端板中的一个端板的表面在与该一个端板的表面平行的方向上输送燃料气体的燃料气体通道形成在该一个端板（150b）内；注射器（40），该注射器一体地设置在该一个端板的表面中的一个表面中，并且将燃料气体注射到燃料气体通道中；和安全阀（50），该安全阀一体地设置在该一个端板的表面中的另一个表面中，并且防止燃料气体通道中的过压。安全阀（50）设置在从注射器（40）的注射轴线偏移的位置处。
【专利说明】燃料电池系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃料电池系统。
【背景技术】
[0002]通过在燃料气体和氧化剂气体之间的电化学反应产生电力的燃料电池作为一种能源正在受到关注。通常使用具有通过堆叠多个单体电池而获得的燃料电池组的形式的燃料电池。然后，在燃料电池组中，在堆叠单体电池的堆叠方向上的两个相对端中的每一端处设置端板。
[0003]在包括这种燃料电池组的燃料电池系统中，用于向燃料电池组输送燃料气体、氧化剂气体和冷却介质的多个管道被连接到燃料电池组。要求该管线结构被紧凑地构造以便提高连接管道的方便性并且减小燃料电池系统的尺寸。为此，已经提出了整合管道的被连接到燃料电池组的部分的技术(例如见日本专利申请公报N0.2010-55867(JP-A-2010-55867))ο
[0004]构造连接到燃料电池组的紧凑的管线结构的一种可设想的方式是如下方式，其中燃料气体通道形成在端板的内部中，该燃料气体通道用于沿着端板的表面在平行于该表面的方向上输送燃料气体，并且端板被与将燃料气体注射到燃料气体通道中的注射器和用于防止燃料气体通道中的过压的安全阀形成为一体或者合并。进而，与这个构造方式相结合地，可设想注射器设置在端板的两个表面之一中并且安全阀设置在端板的另一个表面中的构造。然而，如果如上所述地构造端板，则根据在注射器和安全阀之间的位置关系，安全阀可能由于从注射器注射的燃料气体的动态压力而发生故障。
【发明内容】
[0005]本发明抑制与燃料电池系统中的燃料电池组的端板一体地形成的安全阀发生故障。
[0006]本发明的一方面涉及一种燃料电池系统。该燃料电池系统包括:燃料电池组，在该燃料电池组中，端板分别设置在单体电池组的两个端部处，所述单体电池组通过堆叠多个单体电池制成，该两个端部是在单体电池的堆叠方向上的端部，并且在该燃料电池组中，燃料气体通道形成在端板中的一个端板内，该燃料气体通道用于沿着所述一个端板的表面在平行于所述一个端板的所述表面的方向上输送燃料气体；注射器，该注射器一体地设置在该一个端板的表面中的一个表面中，并且该注射器将燃料气体注射到燃料气体通道中；和安全阀，该安全阀一体地设置在该一个端板的表面中的另一个表面中，并且该安全阀防止燃料气体通道中的过压。该安全阀设置在从注射器的注射轴线偏移的位置处。
[0007]在前面的方面的燃料电池系统中，安全阀设置在从注射器的注射轴线的在燃料电池组的该一个端板的每个表面中的位置偏移的位置处，从注射器注射的燃料气体并不直接与安全阀的压力接收表面碰撞。因此，由从注射器注射的燃料气体的动态压力引起的安全阀的故障能够被抑制。[0008]在前面的方面的燃料电池系统中，燃料气体通道可以由槽部和盖部件形成，其中该槽部被设置成沿着该一个端板的表面延伸，而该盖部件覆盖槽部。
[0009]在上述燃料电池系统中，能够通过铸造相对容易地生产具有燃料气体通道的端板，而不需要使用复杂的加工技术。
[0010]在前面的方面的燃料电池系统中，槽部可以形成在该一个端板的单体电池组侧表面中，单体电池组侧表面面对单体电池组。
[0011]在上述燃料电池系统中，能够将在端板的单体电池组侧上形成的死空间有效地用作用于使附接盖部件的工具插入的空间。
[0012]在前面的方面的燃料电池系统中，盖部件可以与安全阀的本体一体地形成。
[0013]在上述燃料电池系统中，盖部件还用作安全阀的本体，从而能够减少组成部件的数目。因此，能够减少用于组装燃料电池系统的工时。
[0014]在前面的方面的燃料电池系统中，可以设置多个注射器。该燃料电池系统可以进一步包括:高压燃料气体通道，该高压燃料气体通道形成在该一个端板内，并且该高压燃料气体通道被设置成用于输送高压燃料气体，该高压燃料气体的压力高于在燃料气体通道中流动的燃料气体的压力，该高压燃料气体通道具有进入口和排出口，该进入口设置在该一个端板的侧表面中，并且高压燃料气体通过该进入口而被引入，而该排出口形成在该一个端板的该一个表面中，并且高压燃料气体通过该排出口而被排出；和高压燃料气体管道，该高压燃料气体管道用于将通过排出口排出的高压燃料气体供应到所述多个注射器的初级侦U。排出口和该多个注射器可以在该一个端板的该一个表面中成直线地布置。
[0015]在上述燃料电池系统中，能够将相对易于生产的笔直的管道用作高压燃料气体管道。
[0016]在前面的方面的燃料电池系统中，在该一个端板的该一个表面中，排出口可以设置在布置排出口和该多个注射器的方向上的最末端处。
[0017]在上述燃料电池系统中，能够防止在燃料气体通道和高压燃料气体通道之间的干涉而不需要形成燃料气体通道的设置四个注射器的部分从而燃料气体通道的该部分具有弯曲形状。
[0018]除了作为燃料电池系统的上述构造，本发明还能够被构造成与注射器和安全阀一体地设置的端板，并且被构造成包括端板的燃料电池组。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似的附图标记表示类似的元件，并且其中:
[0020]图1是示出包括根据本发明的实施例的燃料电池系统的车辆部分的构造的示意性图表；
[0021]图2是示出该实施例的燃料电池系统的部分的构造的示意性图表；并且
[0022]图3A和图3B是每幅均示出端板的部分的构造的示意性图表。
【具体实施方式】
[0023]将在下文中参考附图描述本发明的实施例。[0024]A.车辆
[0025]图1是示出包括根据本发明的实施例的燃料电池系统的车辆10的部分的构造的示意性图表。车辆10是所谓的电动车辆(燃料电池车辆)，并且包括燃料电池系统，该燃料电池系统包括燃料电池组100和电池(未示出)。车辆10通过利用由燃料电池组100产生的电力或者从电池输出的电力驱动电动机(未示出)并且通过使用电动机的动力转动轮子而移动。由燃料电池组100产生的电力还能够被存储到电池中。
[0026]在根据该实施例的车辆10中，燃料电池组100被容纳在电池组外壳(未示出)中，并且被设置于在座椅下面的地板12下方的位置处使得堆叠燃料电池组100的单体电池的堆叠方向与车辆10的横向方向(图1所不方向Z)相一致。然后,在地板12的下面上,用于抑制在侧面碰撞时对燃料电池组100的损坏的加强件14在燃料电池组100前面和后面沿着车辆10的横向方向(图1所示方向z)延伸。用于将氢气作为燃料气体从安设在车辆10的后部中的氢气罐供应到燃料电池组100的氢气供应管道20被连接到燃料电池组100的侧表面的下部(在下面描述的端板150b的侧表面的下部)。由于氢气供应管道20被连接到燃料电池组100的侧表面的下部的构造，所以能够省去氢气供应管道20被弯曲从而避免氢气供应管道20与任一个加强件14干涉的过程。
[0027]虽然在图中没有示出，但是构成燃料电池系统的各种构件(例如，氢气罐、空气压缩机、散热器、各种管道等)以及用于转动轮子的电动机和其它功能组成部件等被设置在车辆10中的车室外侧的空间，诸如在地板12下方的空间和在车室的前面和后面的空间。
[0028]B.燃料电池系统
[0029]图2是示出该实施例的燃料电池系统的部分的构造的示意性图表。该燃料电池系统包括燃料电池组100。如在图2中所示，通过按照次序，从燃料电池组100的端部顺序地堆叠端板150a、电绝缘板140a、集电板130a、具有热绝缘性质的热绝缘电池120a、通过堆叠多个单体电池获得的单体电池组110、热绝缘电池120b、集电板130b、电绝缘板140b和端板150b来构造燃料电池组100。在燃料电池组100中，可以省略热绝缘电池120a和120b。在单体电池组110中，能够根据燃料电池组100的输出要求任意地设定堆叠的单体电池的数目。
[0030]端板150a和150b由金属形成，以便确保刚度。电绝缘板140a和140b由利用例如橡胶或者树脂制成的电绝缘部件形成。集电板130a和130b由不透气的导电部件诸如高密度碳板或者铜板形成。集电板130a和130b中的每个集电板设有输出端子(未示出)从而能够输出由燃料电池组100产生的电力。在燃料电池组100中，用于监视每个单体电池的电力产生状态(例如，电池电压)的电池监视器60被连接到单体电池组110的下侧。
[0031]在这个实施例的燃料电池组100中，用于沿着端板150b的表面在平行于该表面的方向上输送作为燃料气体的氢气的氢气通道如在以下描述地形成在端板150b内。此外，用于将氢气注射到氢气通道中的四个注射器40a、40b、40c和40d，用于将氢气供应到该四个注射器40a、40b、40c和40d的初级侧(即，接收氢气的一侧)的高压氢气管道30，和用于防止在氢气通道中的过压的安全阀50被一体地连接到端板150b。将在下面详细描述用于这些构件的连接结构。
[0032]C.端板
[0033]图3A和图3B是每幅均示出端板150b的部分的构造的示意性图表。图3A示出当从单体电池组110看时(即，当从图中所示Z侧看时)端板150b的右下部分的平面视图。图3B示出当从侧表面看时(即，当从图中所示X侧看时)图3A所示端板150b的部分的概略截面视图。
[0034]如在图3A和图3B中所示，槽部152d形成在端板150b的单体电池组110侧表面中，该单体电池组Iio侧表面面对单体电池组110。利用包括安全阀50的盖部件52覆盖槽部152d。因为利用包括安全阀50的盖部件52覆盖槽部152d，用于沿着端板150b的表面在平行于该表面的方向上输送氢气的氢气通道152形成在端板150b内。在该实施例中，盖部件52与安全阀50的本体形成为一体或者合并。
[0035]此外,在端板150b的下部内，用于输送高压氢气的高压氢气通道154被形成为沿着端板150b的表面在与端板150b的该表面平行的方向(图中所示X方向)上延伸，该高压氢气的压力高于在氢气通道152中流动的氢气的压力。该高压氢气通道154具有进入口154i和排出口 154ο，高压氢气通过该进入口 154i而被引入，而高压氢气通过该排出口 154ο而被排出。进入口 154i设置在端板150b的侧表面中。排出口 154ο设置在端板150b的在与单体电池组110相对的一侧上的表面(在图中所示z侧上的表面)中。氢气供应管道20(见图1)被连接到进入口 154i。
[0036]端板150b的在与单体电池组110相对的一侧上的表面设有用于将氢气注射到氢气通道152中的四个注射器40a、40b、40c和40d。这四个注射器40a、40b、40c和40d被设置成使得氢气被从该四个注射器40a、40b、40c和40d沿着垂直于端板150b的表面的方向注射。该四个注射器40a、40b、40c和40d被设置在排出口 154ο上方，并且被布置在竖直方向(图中所示y方向)上。即，在端板150b中，排出口 154ο和该四个注射器40a、40b、40c和40d成直线地布置，并且排出口 154ο设置在排出口 154ο和该四个注射器40a、40b、40c和40d布置的方向上的最下位置(最末端)处。
[0037]用于将通过排出口 154ο排出的高压氢气供应到注射器40a、40b、40c和40d的初级侧的高压氢气管道30被连接到排出口 154ο和注射器40a、40b、40c和40d的初级侧。该实施例使用四个注射器40a、40b、40c和40d，因为使用相对廉价的多个小型注射器使得以低成本稳定地供应氢气成为可能。
[0038]在端板150b的单体电池组110侧表面中，安全阀50设置在从注射器40a的注射轴线AXa、注射器40b的注射轴线AXb、注射器40c的注射轴线AXc和注射器40d的注射轴线AXd偏移的轴线AXe上。此外，从氢气通道152排出的相对低压的氢气通过管道(未示出)被供应到燃料电池组100的氢气供应歧管。换言之，在端板150b的单体电池组110侧表面中，安全阀50设置在沿着竖直方向和水平方向从注射器40a的注射轴线AXa、注射器40b的注射轴线AXb、注射器40c的注射轴线AXc和注射器40d的注射轴线AXd偏移的位置处。
[0039]在该实施例的上述燃料电池系统中，因为安全阀50设置在从注射器40a、40b、40c和40d的注射轴线AXa、AXb、AXc和AXd的在燃料电池组100的端板150b的每个表面中的位置偏移的位置处(在轴线AXe上)，所以从注射器40a、40b、40c和40d注射的氢气并不直接地与安全阀50的压力接收表面碰撞。因此，由从注射器40a、40b、40c和40d注射的氢气的动态压力引起的安全阀50的故障能够被抑制。
[0040]此外，在该实施例的燃料电池系统中，因为氢气通道152由在端板150b中形成的槽部152d和盖部件52(包括安全阀50)构造，所以能够相对容易地通过铸造生产端板150b，而不需要使用复杂的加工技术。
[0041]此外，因为槽部152d形成在端板150b的单体电池组110侧表面中，所以能够将在端板150b的单体电池组110侧上形成的死空间有效地用作用于使附接盖部件52 (包括安全阀50)的工具插入的空间。
[0042]此外，因为盖部件52被与安全阀50的本体合并，所以用作安全阀50的本体的盖部件52减少了组成部件的数目。因此，能够减少用于组装燃料电池系统的工时。
[0043]此外，在该实施例的燃料电池系统中，因为排出口 154ο和四个注射器40a、40b、40c和40d在端板150b的两个相对的表面之一中成直线地布置，所以使用相对易于生产的笔直的管道作为高压氢气管道30是可能的。
[0044]此外，因为在端板150b的两个相对的表面之一中，排出口 154ο设置在排出口 154ο和该四个注射器40a、40b、40c和40d布置的方向上的最末端(最下位置)处,所以能够防止在氢气通道152和高压氢气通道154之间的干涉而不需要形成氢气通道152的设置该四个注射器40a、40b、40c和40d的部分从而氢气通道的该部分具有弯曲形状。
[0045]D.变型
[0046]虽然以上已经描述了本发明的实施例，但是应该理解，本发明根本不受前面的实施例等限制，而是能够在不偏离本发明的范围的情况下被以各种模式执行。例如，以下修改是可能的。
[0047]Dl.变型 I
[0048]虽然在前面的实施例中，四个注射器40a、40b、40c和40d被连接到端板150b，但是本发明不限于该构造。注射器的数目可以被任意地设定。
[0049]D2.变型 2
[0050]虽然在前面的实施例中，在端板150b中的氢气通道152由槽部152d和盖部件52(包括安全阀50)形成，但是本发明不限于该构造。还可以通过使用除了铸造之外的相对复杂的加工技术在端板150b中形成氢气通道152。
[0051]D3.变型 3
[0052]虽然在前面的实施例中，端板150的槽部152d形成在端板150b的单体电池组110侧表面中，但是本发明不限于该构造。槽部152d可以形成在除了单体电池组110侧表面之外的位置处。
[0053]D4.变型 4
[0054]虽然在前面的实施例中，盖部件52被与安全阀50的本体合并，但是本发明不限于该构造。安全阀50和盖部件52可以被设置成单独的部件。
[0055]D5.变型 5
[0056]在前面的实施例的端板150b中，可以适当地对于氢气通道152的构造、注射器的布置、高压氢气通道154的构造、进入口 154i和排出口 154ο的布置作出各种变型或者改变。通常，在本发明中，必需的是，安全阀应该设置在从注射器的注射轴线的在燃料电池组的端板的每个表面中的位置偏移的位置处。
【权利要求】
1.一种燃料电池系统，包括: 燃料电池组，在所述燃料电池组中，端板分别设置在单体电池组的两个端部处，所述单体电池组通过堆叠多个单体电池制成，所述两个端部是在所述单体电池的堆叠方向上的端部，并且在所述燃料电池组中，燃料气体通道形成在所述端板中的一个端板内，所述燃料气体通道用于沿着所述一个端板的表面在平行于所述一个端板的所述表面的方向上输送燃料气体； 注射器，所述注射器一体地设置在所述一个端板的所述表面中的一个表面中，并且所述注射器将燃料气体注射到所述燃料气体通道中；和 安全阀，所述安全阀一体地设置在所述一个端板的所述表面中的另一个表面中，并且所述安全阀防止所述燃料气体通道中的过压，其中 所述安全阀设置在从所述注射器的注射轴线偏移的位置处。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中 所述安全阀设置在从所述注射器的所述注射轴线沿竖直方向和水平方向偏移的位置处。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中 所述燃料气体通道由槽部和盖部件形成，其中所述槽部被设置成沿着所述一个端板的所述表面延伸，而所述盖部件覆盖所述槽部。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中 所述槽部形成在所述一个端板的单体电池组侧表面中，所述单体电池组侧表面面对所述单体电池组。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中 所述单体电池组侧表面是设置所述安全阀的所述另一个表面。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的燃料电池系统，其中 所述盖部件与所述安全阀的本体一体地形成。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的燃料电池系统， 其中，设置多个所述注射器，并且 其中，所述燃料电池系统进一步包括:高压燃料气体通道，所述高压燃料气体通道形成在所述一个端板内，并且所述高压燃料气体通道被设置成用于输送高压燃料气体，所述高压燃料气体的压力高于在所述燃料气体通道中流动的燃料气体的压力，所述高压燃料气体通道具有进入口和排出口，所述进入口设置在所述一个端板的侧表面中，并且所述高压燃料气体通过所述进入口而被引入，而所述排出口形成在所述一个端板的所述一个表面中，并且所述高压燃料气体通过所述排出口而被排出；以及高压燃料气体管道，所述高压燃料气体管道用于将通过所述排出口排出的所述高压燃料气体供应到所述多个注射器的初级侧，并且 其中，所述排出口和所述多个注射器在所述一个端板的所述一个表面中成直线地布置。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中 在所述一个端板的所述一个表面中，所述排出口设置在所述排出口和所述多个注射器布置的方向上的最末端处。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中 在所述一个端板的所述一个表面中，所述排出口设置在所述排出口和所述多个注射器布置的方向上的最 下位置处。
【文档编号】H01M8/02GK103430367SQ201280013298
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年3月8日 优先权日:2011年3月17日
【发明者】片野刚司 申请人:丰田自动车株式会社