燃料电池用端电池加热器及包括此的燃料电池的制作方法

本发明涉及一种燃料电池用端电池(end cell)加热器及包括此的燃料电池，尤其涉及一种如下的燃料电池用端电池加热器及包括此的燃料电池：在布置于燃料电池堆的两端的端电池的外侧布置端电池加热器，从而可以防止存在于端电池的内部的水冻结，据此可以提高在冬季冷启动燃料电池时的燃料电池的初期启动能力。

背景技术：

通常，燃料电池(fuel cell)是将由氢的氧化、还原产生的化学能转换成电能的发电装置，与现有的其他化学能源不同，所排出的副产物只有水(H₂O)，而几乎没有NO_x、SO_x及粉尘，并可以减少CO₂的产生量且几乎没有噪音，因此作为次时代的替代能源而备受瞩目。

这种燃料电池由单位电池(cell)形成，所述单位电池基本地由含有电解质的电解质板、燃料极(anode)、空气极(cathode)及用于分离它们的分离板等构成。但是，从单位电池通常产生0.6～0.8V的低电压，因此，如图1所示，可以将该单位电池30构成为层叠数十张或数百张的燃料电池堆1而得到所期望的电输出。并且，所述含有电解质的电解质板、燃料极及空气极的一体化构成产物即为膜-电极组件(MEA)，并且在用于分离此的分离板形成有图案，因此可以使燃料和空气分别流动。

并且，作为用于燃料电池的燃料有天然气、石油、煤气及甲醇等多种，并且通过燃料重整装置将其转换成氢而使用。

但是，在如上所述地以堆的形式构成的燃料电池中，在位于层叠有多个单位电池的层叠方向的最外侧的单位电池(端电池)残留有由氧和氢结合而产生的水，并且在冬季由于冷的外气温度而使水在端电池的内部冻结，从而导致在端电池不产生电，因此存在燃料电池的初始启动能力和振荡能力降低的问题。

[现有技术文献]

[专利文献]

KR 10-1466507B1(2014.11.21)

技术实现要素：

技术问题

本发明为了解决上述问题而提出，本发明的目的在于提供如下的燃料电池用端电池加热器和包括此的燃料电池，在布置于燃料电池堆的两端的端电池的外侧布置端电池加热器，因此可以防止存在于燃料电池堆的端电池内部的水冻结，因此可以在冬季冷启动燃料电池时，提高燃料电池的初始启动能力。

技术方案

用于实现上述目的的本发明的燃料电池用端电池加热器1000的特征在于，包括：支撑体100，形成为板型，在两侧以贯通两面的方式分别形成有燃料流路140和空气流路150；发热部，配备于所述支撑体100的内部而产生热量；通电块600，以贯通所述支撑体100的两面的方式结合到所述支撑体100。

并且，特征在于，所述支撑体100在内侧形成有贯通两面的空间部110和插入孔120，所述发热部由正温度系数元件200形成而布置于所述空间部110，所述通电块600被插入在插入孔120，所述支撑体100还包括如下要素而构成：第一电极300和第二电极400，层叠于所述支撑体100的两面而与所述正温度系数元件200电连接，且被所述通电块600贯通并与所述通电块600绝缘；一对绝缘体500，层叠于所述第一电极300和第二电极400的外侧，并形成有使所述通电块600贯通的贯通孔510，一对通电板700，层叠于所述一对绝缘体500的外侧而与通电块600结合，并与所述通电块600电连接。

并且，特征在于，所述支撑体100在两面凹入地形成有放置槽130，所述第一电极300、第二电极400、一对绝缘体500及一对通电板700放置于所述放置槽130的内侧，并形成为所述支撑体100的外表面与所述通电板700的外表面处于相同平面上。

并且，特征在于，在所述通电块600形成有安装孔610，在所述通电板700形成有对应于所述安装孔610的结合孔710，从而通电板700通过安装单元800结合到通电块600，所述安装单元800以不向所述通电板700的外表面外侧突出的方式形成。

并且，特征在于，形成于所述支撑体100的插入孔120在布置所述正温度系数元件200的多个空间部110之间形成，或者在所述多个空间部110周围形成。

并且，特征在于，所述支撑体100在两端突出形成有连接销170，所述连接销170形成为与所述第一电极300和第二电极400电连接。

并且，特征在于，在所述支撑体100形成有连接端180，以与连接销170电连接，并且第一电极300及第二电极400层叠并紧贴于所述支撑体100的两面，从而使所述连接端180形成为与第一电极300及第二电极400电连接。

并且，特征在于，所述支撑体100、连接销170和连接端180形成为一体型。

并且，本发明的包括燃料电池用端电池的燃料电池2000的特征在于，包括：燃料电池堆1100，由单位电池层叠而形成，在两侧以沿着层叠方向贯通两面的方式分别形成有燃料流路1110和空气流路1120；端电池加热器1000，结合到所述燃料电池堆100，在所述单位电池中的层叠在最外廓的单位电池的外侧层叠而连接有流路。

并且，特征在于，还包括：绕流板1200，由导电型材质形成，在层叠有所述端电池加热器1000的外侧层叠，在两侧分别形成有燃料流路1210和空气流路1220以与所述端电池加热器1000的燃料流路140和空气流路150分别连接。

并且，特征在于，还包括：电极板1300，由导电型材质形成，在层叠有所述绕流板1200的外侧层叠，向外侧突出形成有电极端子1310；盖部1400，由电绝缘材质形成，以包裹所述电极板1300的外侧的方式结合，并形成为所述电极端子1300暴露于外部；安装部件1500，两端结合到多个盖部1400，以使所述燃料电池堆1100、端电池加热器1000、绕流板1200、电极板1300和盖部1400沿着层叠方向紧贴。

有益效果

本发明的燃料电池用端电池加热器及包括此的燃料电池具有以下优点：能够防止水在燃料电池堆的端电池内部冻结，因此可以提高燃料电池的初期启动能力和振荡能力。

并且，端电池加热器可以沿着燃料电池堆的层叠单位电池的方向相同地层叠，从而端电池加热器可容易地与燃料电池堆结合，因此具有无须形成用于将端电池加热器结合到燃料电池堆的独立的结构的优点。

附图说明

图1是示出现有燃料电池的立体图。

图2和图3是示出包括本发明的端电池加热器的燃料电池的组装立体图和分解立体图。

图4和图5是示出根据本发明的一实施例的端电池加热器的组装立体图和分解立体图。

图6是图4的AA'方向剖面图。

图7至图12是示出组装根据本发明的端电池加热器的过程的立体图。

符号说明

1000：燃料电池用端电池加热器 100：支撑体

110：空间部 120：插入孔

130：放置槽 140：燃料流路

150：空气流路 160：冷却流路

170：连接销 180：连接端(tab)

200：正温度系数元件(发热部) 300：第一电极

310：连接部 320：绝缘部

400：第二电极 410：连接部

420：绝缘部 500：绝缘体

510：贯通孔 600：通电块(block)

610：安装孔 700：通电板

710：结合孔 800：安装单元

2000：燃料电池 1100：燃料电池堆

1110：燃料流路 1120：空气流路

1130：冷却流路 1200：绕流(bypass)板

1210：燃料流路 1220：空气流路

1230：冷却流路 1300：电极板

1310：电极端子 1400：盖部

1500：安装部件 1510：安装单元

具体实施方式

以下，参考附图对具有上述构成的本发明的燃料电池用端电池加热器及包括此的燃料电池进行详细的说明。

图4和图5是示出根据本发明的一实施例的端电池加热器的组装立体图和分解立体图，图6是图4的AA'方向剖面图，图7至图12是示出组装根据本发明的端电池加热器的过程的立体图。

如图所示，本发明的燃料电池用端电池加热器1000可以包括：支撑体100，形成为板型，并且在两侧以贯通两面的方式分别形成有燃料流路140和空气流路150；发热部，配备于所述支撑体100的内部而产生热；通电块600，以贯通所述支撑体100的两面的方式结合于所述支撑体100。

首先，支撑体100可以形成为板型，以能够层叠并紧贴到端电池，并且可以形成为对应于单位电池的外形的形态，其中，端电池是燃料电池堆中的作为在层叠单位电池的方向上布置于最外廓的单位电池。并且，支撑体100在长度方向的两侧以贯通两面的方式沿着厚度方向形成有燃料流路140和空气流路150。此时，在燃料流路140和空气流路150之间可以形成有冷却流路160，以使用于冷却燃料电池的热交换介质能够流动。

发热部是产生热量的部分，其可以配备于支撑体100的内部而以电绝缘的方式形成。

通电块600是由导电型材质形成而能够与燃料电池堆通电的部分，并且通电块600可以以贯通支撑体100的两面的方式结合到支撑体100。即，由于支撑体100是电绝缘性材质，所以配备通电块600以使从燃料电池堆产生的电被传导。

因此，本发明的燃料电池用端电池加热器能够在作为布置于燃料电池堆的层叠方向最外侧的单位电池的端电池的外侧，与单位电池的层叠方向相同地层叠而结合，因此具有无须形成用于结合端电池加热器的独立的结构的优点，并且由于可以紧贴到燃料电池堆的端电池而对端电池进行加热，所以能够防止水在燃料电池堆的端电池内部冻结，因此具有能够提高燃料电池的初始启动能力(start ability)和振荡能力(oscillation ability)的优点。

并且，这种端电池加热器1000中，所述支撑体100在内侧形成有贯通两面的空间部110和插入孔120，所述发热部由正温度系数(PTC)元件200形成而布置于所述空间部110，且所述通电块600被插入到插入孔120，并且还包括如下要素而构成：第一电极300和第二电极400，层叠于所述支撑体100的两面而电连接到所述正温度系数元件200，并使所述通电块600贯通而与所述通电块600绝缘；一对绝缘体500，层叠于所述第一电极300和第二电极400的外侧，并形成有使所述通电块600贯通的贯通孔510；一对通电板700，层叠于所述一对绝缘体500的外侧而与通电块600结合，并与所述通电块600电连接。

首先，支撑体100在内侧形成贯通两面的空间部110和插入孔120。即，空间部110和插入孔120可以沿着支撑体100的厚度方向贯通形成，空间部110和插入孔120可以形成多个，而以下对形成多个空间部110和插入孔120的实施例进行说明。

并且，发热部由正温度系数(PTC；Positive Temperature Coefficient)元件200形成而布置于空间部110，且通电块600能够被插入到插入孔120。即，在沿着支撑体100的长度方向相隔形成的多个空间部110可以分别插入有正温度系数元件200，且各个通电块600可以分别被插入到多个插入孔120而结合。

此时，本发明的端电池加热器1000还可以包括第一电极300、第二电极400、绝缘体500和通电板700而形成。

即，在正温度系数元件200插入于支撑体100的多个空间部110、通电块600插入于多个插入孔120的状态下，在支撑体100的上表面可以层叠有作为阳极的第一电极300，而且在下表面层叠有作为阴极的第二电极400，从而可以固定正温度系数元件200，第一电极300和第二电极400贯通有通电块600，并且可以形成有绝缘部320、420而与多个通电块600电绝缘，第一电极300和第二电极400可以形成有连接部310、40，以与正温度系数元件200电连接。并且，在第一电极300的上侧和第二电极400的下侧分别层叠有用于绝缘的绝缘体500。并且，在作为多个绝缘体500的外侧的上部绝缘体500的上侧和下部绝缘体500的下侧层叠有通电板700，且通电板700由导电型材质形成而与通电块600结合，从而以能够使电通过支撑体100的两面而被传导的方式构成。

因此，可以形成为使从燃料电池堆产生的电与通过多个电极300、400而供应到正温度系数元件200的电彼此绝缘，并且可以通过从一对通电板700的外侧施加外力而沿着层叠方向挤压，从而将多个通电板700结合到通电块600，因此可以确保实现多个电极300、400与正温度系数元件200之间的电连接。

并且，所述支撑体100在两面凹陷地形成有放置槽130，所述第一电极300、第二电极400、一对绝缘体500及一对通电板700被放置于所述放置槽130的内侧，从而可以形成为所述支撑体100的外表面和所述通电板700的外表面处于相同平面上。

即，支撑体100在两面凹陷地形成有放置槽130，从而可以在形成所述放置槽130的区域内形成多个空间部110和多个插入孔120，并且可以在放置槽130的内侧放置第一电极300、第二电极400、一对绝缘体500及一对通电板700而层叠，从而形成为当通电板700与通电块600结合时，支撑体100的两面与通电板700的外侧面一致。

因此，如果将本发明的端电池加热器1000层叠在燃料电池堆，可以容易地连接彼此对应的燃料流路和空气流路，并且通电板700可以紧贴到燃料电池堆的端电池，因此可以顺利地传递热量和电。

并且，在所述通电块600形成有安装孔610，在所述通电板700形成有对应于所述安装孔610的结合孔710，因此通电板700借助安装单元800而结合到通电块600，所述安装单元800可以形成为不向所述通电板700的外表面外侧突出。

即，在利用安装单元800而将通电板700结合到通电块600的情况下，在通电块600形成由内螺纹形成的安装孔610，并在通电板700以能够贯通的方式形成结合孔710，从而可以实现结合，此时，安装单元800可以形成为平头螺栓，而且通电板700可以形成对应于平头螺栓的头部形状的结合孔710，从而可以形成为安装单元800不向通电板700的表面外侧突出。

因此，可以使通电板700紧贴到燃料电池堆的端电池。

并且，形成于所述支撑体100的插入孔120可以在布置正温度系数元件200的多个空间部110之间形成，或者在多个所述空间部110的周围形成。

即，由于可以使通电板700结合到通电块600而沿着层叠方向紧贴，所以可以将插入通电块600的插入孔120形成于插入正温度系数元件200的多个空间部110之间或者多个空间部110的周围，以使多个电极300、400与正温度系数元件200紧贴。

并且，所述支撑体100在两端突出形成有连接销170，所述连接销170可以形成为与所述第一电极300和第二电极400电连接。

其目的为使分别连接到第一电极300和第二电极400的电连接部向支撑体100的外侧突出形成，并可以使连接销170在支撑体100的长度方向的两端突出形成，并且可以使连接销170与第一电极300和第二电极400电连接。

在此，如图所示，在正温度系数元件200配备有三个的情况下，可以构成为，将连接销170在两侧分别形成两个，从而总共形成四个连接销170，并使三个连接销170连接到作为阴极的第二电极400，且使一个连接销170连接到作为阳极的第一电极300。此时，作为阴极的第二电极400可以形成为图案形态的电路，以与三个连接销170连接。

并且，在所述支撑体100中，连接端180以与电连接到连接销170的方式形成，并且所述第一电极300和第二电极400层叠并紧贴于所述支撑体100的两面，因此可以形成为所述连接端180与第一电极300和第二电极400电连接。

即，由于第一电极300及第二电极400层叠于支撑体100，所以连接端180可以以使第一电极300及第二电极400能够通过层叠而紧贴于支撑体100且与连接销170电连接的方式形成于支撑体100。此时，连接端180形成于放置槽130的内侧下表面，从而在第一电极300和第二电极400以放置于放置槽130的方式层叠时，可以容易地实现连接端180和多个电极300、400的电连接。

并且，所述支撑体100、连接销170和连接端180可以形成为一体型。

即，连接销170和连接端180以彼此连接的形态形成为一体型，因此可以通过嵌件注塑而使支撑体100、连接销170和连接端180形成为一体型。

并且，图2和图3是示出包括本发明的端电池加热器的燃料电池的组装立体图和分解立体图。

如图所示，包括本发明的燃料电池用端电池加热器的燃料电池2000可以包括：燃料电池堆1100，由单位电池层叠而形成，并在两侧以沿着层叠方向贯通两面的方式分别形成有连接流路1110和空气流路1120；所述端电池加热器1000，结合到所述燃料电池堆100，层叠于所述单位电池中的层叠在最外廓的单位电池的外侧，并连接有流路。

即，燃料电池2000可以通过使端电池加热器1000层叠在由多个单位电池层叠形成的燃料电池堆1100而形成，且端电池加热器1000可以在作为层叠在燃料电池堆1100的最外廓的单位电池的端电池以与层叠方向相同地层叠而紧贴。此时，形成于燃料电池堆1100的燃料流路1110和空气流路1120可以以对应于端电池加热器1000的燃料流路140和空气流路150的方式连接。此时，在燃料电池堆1100中，冷却流路1130形成于燃料流路1110和空气流路1120之间，从而可以使热交换介质(制冷剂)经由单位电池而冷却单位电池。

因此，与将构成燃料电池堆的单位电池层叠的方法相同地，可以仅以层叠并紧贴在端电池的外侧的方式将端电池加热器结合，从而在燃料电池堆设置端电池加热器，并且无需配备用于连接流路的独立的结构，因此具有端电池加热器的设置非常容易的优点。并且，由于可以如上所述地利用端电池加热器而防止水在燃料电池堆的端电池内部冻结，所以具有能够提高初始启动能力和振荡能力的优点。

并且，还可以包括绕流板1200，所述绕流板1200由导电型材质形成，在层叠有所述端电池加热器1000的外侧层叠，并在两侧以分别连接到所述端电池加热器1000的燃料流路140和空气流路150的方式分别形成有燃料流路1210和空气流路1220。

即，可以在具有充分的刚性且由导电型材质构成的绕流板1200的两侧形成燃料流路1210和空气流路1220，并利用绕流板1200而使端电池加热器1000整体紧贴到端电池。此时，在绕流板1200也可以形成有冷却流路1230。

并且，还可以包括：电极板1300，由导电型材质形成，在层叠有所述绕流板1200的外侧层叠，且向外侧突出形成有电极端子1310；盖部1400，由电绝缘材质形成，以包裹所述电极板1300的外侧的方式结合，并形成为所述电极端子1300暴露于外部；安装部件1500，两端结合到盖部1400，以使所述燃料电池堆1100、端电池加热器1000、绕流板1200、电极板1300和盖部1400沿着层叠方向紧贴。

上述情形为，将沿着层叠方向较长地形成的多个安装部件1500的两端用安装单元1510结合固定于盖部1400，以将燃料电池堆1100、一对端电池加热器1000、一对绕流板1200、一对电极部1300和一对盖部1400层叠，并使它们以层叠的状态紧贴固定。

此时，电极板1300的长度可以形成为比绕流板1200的长度短，而不会堵住燃料流路、空气流路和冷却流路等，并且可以沿着层叠的外侧方向突出形成有电极端子1310以能够将产生于燃料电池堆1100的电传递到外部；盖部1400可以包裹电极板1300而使其绝缘，且盖部1400的对应于电极端子1310的部分可以贯通形成，以使电极端子1310能够暴露于盖部1400的外部。并且，在一侧的盖部1400可以形成有能够与冷却流路连接的连通孔，在另一侧的盖部1400可以形成有能够与燃料流路和空气流路连接的连通孔。

本发明不限于上述实施例，且其应用范围显然多样，在不脱离权利要求书中请求的本发明的宗旨的情况下，在本发明的所属领域中具有基本知识的人员显然都可以实现多种变形实施。