燃料电池系统的制作方法

1.本发明涉及一种能够利用含氢燃料气体和含氧空气来产生电力的燃料电池系统。


背景技术：

2.燃料电池利用氢气和氧气的反应来发电。就这种燃料电池而言，为了保证高输出，通过连接层叠有多个燃料电池片的多个燃料电池单元(cell)来使用。
3.在这种情况下，多个燃料电池堆叠体(stack)通过外部集电结构体彼此电连接。然而，在利用外部集电结构体来使多个燃料电池堆叠体电连接的情况下，可能会因所述外部集电结构体的性能而发生电力损失。例如，当燃料电池系统运行时，所述外部集电结构体长时间暴露在高温的氧化气氛下，因此在所述外部集电结构体和/或所述燃料电池堆叠体的集电垫(pa d)上可能会形成绝缘氧化物，从而可能会发生电力损失。
4.另外，在制造过程或设置过程中，多个燃料电池堆叠体之间可能会出现高度差，当利用具有牢固结构的外部集电结构体来将这些多个燃料电池堆叠体电连接时，不仅可能导致燃料电池堆叠体受损，还可能在燃料电池堆叠体的设置方面上引发多种问题，如需准确调整燃料电池堆叠体的间距等，并且可能会因由应力集中所导致的损坏或变形而发生导致电力损失等的问题。


技术实现要素：

5.发明要解决的问题
6.本发明的目的在于，提供一种燃料电池系统，其中，利用在上下方向和水平方向上可伸缩的第一集电结构体来将多个燃料电池堆叠体的多个第一集电垫电连接于外部电路，从而不仅能够容易执行燃料电池堆叠体的设置工艺，还能防止因多个燃料电池堆叠体的多个集电垫或集电结构体损坏而导致电力损失。
7.用于解决问题的手段
8.根据本发明的实施例的燃料电池系统，其包括：支撑板；第一燃料电池堆叠体和第二燃料电池堆叠体，以相互隔开的方式配置在所述支撑板的上部；第一集电结构体，将所述第一燃料电池堆叠体和第二燃料电池堆叠体的第一集电垫与外部电路电连接；以及第二集电结构体，将所述第一燃料电池堆叠体和第二燃料电池堆叠体的第二集电垫与外部电路电连接，在这种情况下，所述第一集电结构体可以包括：第一集电部，其一端部与所述外部电路电连接；第二集电部，具备分别与所述第一和第二燃料电池堆叠体的第一集电垫电连接的第一上部垫连接部和第二上部垫连接部；以及第三集电部，使所述第一集电部和所述第二集电部相连接，并且在其一部分设置有第三弯折部。
9.在一实施例中，所述第一集电部和所述第二集电部分别可以沿着平行于所述支撑板的上表面且相互交叉的第一方向和第二方向延伸，所述第二集电部可以沿着交叉于所述第一方向和第二方向的第三方向延伸，所述第三弯折部可以以平行于所述第一方向且相互隔开的多个折痕线为基准弯折成锯齿形。
10.在一实施例中，所述第二集电部可以包括：第一中心部，具有平行于所述支撑板的上表面的平板结构，所述第三集电部连接于所述第一中心部的侧面；所述第一上部垫连接部，从所述第一中心部的第一端部沿着所述第一方向延伸，并且与所述第一燃料电池堆叠体的第一集电垫电连接；以及第二上部垫连接部，从所述第一中心部的与所述第一端部相对的第二端部沿着所述第一方向延伸，并且与所述第二燃料电池堆叠体的第一集电垫电连接。
11.在一实施例中，在所述第一上部垫连接部的一部分，可以形成有以平行于所述第二方向的一个以上的弯折线为基准弯折的第一弯折部。
12.在一实施例中，在所述第二上部垫连接部的一部分，可以形成有以平行于所述第二方向的一个以上的弯折线为基准弯折的第二弯折部。
13.在一实施例中，所述第二集电结构体可以包括：第四集电部，其一端部与所述外部电路电连接；以及第五集电部，具备分别与所述第一燃料电池堆叠体和第二燃料电池堆叠体的第二集电垫电连接的第一下部垫连接部和第二下部垫连接部。
14.在一实施例中，所述第五集电部可以包括：第二中心部，具有平行于所述支撑板的上表面的板状结构，所述第四集电部连接于所述第二中心部的侧面；所述第一下部垫连接部，从所述第二中心部的第一端部沿着所述第一方向延伸，并且与所述第一燃料电池堆叠体的第二集电垫电连接；以及第二下部垫连接部，从所述第二中心部的与所述第一端部相对的第二端部沿着所述第一方向延伸，并且与所述第二燃料电池堆叠体的第二集电垫电连接。
15.在一实施例中，所述第一集电部可以配置在所述第四集电部的上部，在这种情况下，所述燃料电池系统还可以包括绝缘结合构件，所述绝缘结合构件用于使所述支撑板、所述第四集电部以及所述第一集电部之间相互绝缘，并且将所述第一集电结构体和第二集电结构体固定于所述支撑板。
16.在一实施例中，所述绝缘结合构件可以包括：第一绝缘垫片构件，配置在所述支撑板的上表面；第二绝缘垫片构件，隔着所述第四集电部配置在所述第一绝缘垫片构件的上部；以及第三绝缘垫片构件，隔着所述第一集电部配置在所述第二绝缘垫片构件的上部。
17.在一实施例中，所述绝缘结合构件还可以包括紧固构件，所述紧固构件贯通所述第一绝缘垫片构件至第三绝缘垫片构件，并且将所述第一绝缘垫片构件至第三绝缘垫片构件结合于所述支撑板。
18.在一实施例中，在所述第一绝缘垫片构件和第二绝缘垫片构件的上表面形成有引导凸起，在所述第二绝缘垫片构件和第三绝缘垫片构件的下表面可以形成有供所述引导凸起插入的引导槽。
19.在一实施例中，为了防止所述第四集电部和所述第一集电部因所述紧固构件而发生短路，所述引导凸起可以形成为与所述紧固构件相比更靠近于所述第五集电部和所述第一集电部。
20.在一实施例中，在所述第一上部垫连接部和第二上部垫连接部中的至少一者的表面形成有由打磨处理而成的多个凸起，形成有多个所述凸起的表面可以通过导电浆料(paste)连接于多个所述第一集电垫中所对应的集电垫。
21.在一实施例中，在所述第一第一集电结构体的表面上可以形成有绝缘性陶瓷涂覆
膜。
22.发明效果
23.根据本发明的燃料电池系统，利用在上下方向和水平方向上可伸缩的第一集电结构体来将多个燃料电池堆叠体的多个第一集电垫电连接于外部电路，从而不仅能够容易执行燃料电池堆叠体的设置工艺，还能防止因多个燃料电池堆叠体的多个集电垫或集电结构体损坏而发生电力损失。
24.然后，通过打磨(sanding)处理等来增加集电结构体或集电垫的接触面的表面积，然后用导电浆料相结合，从而能够更加稳定地防止从所述燃料电池堆叠体产生的电力发生损失。
附图说明
25.图1是用于说明本发明的一实施例的燃料电池系统的图。
26.图2a和图2b分别是用于说明图1所示的第一集电结构体的第二集电部的剖视图和俯视图。
27.图3a和图3b分别是用于说明图1所示的第一集电结构体的第三集电部的剖视图和俯视图。
28.图4a和图4b分别是用于说明图1所示的第二集电结构体的第五集电部的剖视图和俯视图。
29.图5是用于说明应用于本发明的一实施例的燃料电池系统的绝缘结合构件的剖视图。
具体实施方式
30.以下，将参照附图详细说明本发明的实施例。本发明可以施加各种各样的改变，可以具有多种形式，在附图中例示性图示特定实施例，在本文中进行详细说明。然而，这并不旨在将本发明限制于特定的公开形式，而应理解为包括本发明的思想和技术范围内的所有变更、等同物以及替代物。在说明各个附图的同时，针对类似的构成要素，使用了类似的附图标记。在附图中，为了本发明的明确性，结构物的尺寸比实际放大示出。
31.第一、第二等术语可以用于说明各种构成要素，所述构成要素不得由所述术语所限定。所述术语仅用于将一个构成要素区别于其他构成要素的目的。例如，在不超出本发明的权利要求范围的同时第一构成要素可以被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。
32.本技术中所使用的术语仅用于说明特定的实施例，而不旨在限制本发明。只要未在上下文中明确表示不同，则单数表述包括复数表述。在本技术中，“包括”或者“具有”等术语应理解为指定说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、构件或者它们的组合的存在，而不预先排除一个或者其以上的其他特征或者数字、步骤、动作、构成要素、构件或者它们的组合的存在或者附加可能性。
33.除非另有定义，包括技术性或者科学性术语在内，在此使用的所有术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。在通常使用的字典中有所定义的术语应被解释为具有与相关技术的上下文中的含义相同的含义，除非未在本技术
中明确定义，不得解释为理想性的，过于形式上的含义。
34.图1是用于说明本发明的一实施例的燃料电池系统的图，图2a和图2b分别是用于说明图1所示的第一集电结构体的第二集电部的剖视图和俯视图，图3a和图3b分别是用于说明图1所示的第一集电结构体的第三集电部的剖视图和俯视图，图4a和图4b分别是用于说明图1所示的第二集电结构体的第五集电部的剖视图和俯视图。
35.参照图1、图2a、图2b、图3a、图3b、图4a以及图4b，本发明的实施例的燃料电池系统1000可以包括：支撑板1100；多个燃料电池堆叠体1210、1220、1230、1240；第一集电结构体1300；以及第二集电结构体1400。
36.所述支撑板1100配置在多个所述燃料电池堆叠体1210、1220、1230、1240的下部，从而可以支撑所述燃料电池堆叠体1210、1220、1230、1240。所述支撑板1100的形状和结构不受特别限制，只要能够稳定地支撑多个所述燃料电池堆叠体1210、1220、1230、1240即可。
37.多个所述燃料电池堆叠体1210、1220、1230、1240可以配置在所述支撑板1100的上部。各个所述燃料电池堆叠体1210、1220、1230、1240可以包括：上部端板(end plate)和下部端板，以相互隔开的方式配置；以及单电池层叠体，配置在所述上部端板和所述下部端板之间，并且层叠有多个燃料电池单电池。
38.所述单电池层叠体可以包括：层叠的多个单电池；和多个分隔板，分别配置在多个所述单电池之间，并且使所述单电池串联连接。
39.然后，各个所述单电池可以具有包括电解质层和分别配置在所述电解质层两侧的第一电极和第二电极的结构；所述第一电极和所述第二电极中的一个可以是阳极电极，另一个可以是阴极电极。所述单电池可以是选自固体氧化物燃料电池(sofc)、聚合物电解质燃料电池(pemfc)、熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)等的一种平板式单电池。
40.所述分隔板由导电材料形成，并且配置在两个相邻的单电池之间，从而可以将下部单电池的第一电极和上部单电池的第二电极电连接。位于一个燃料电池堆叠体内的多个单电池可以通过所述分隔板串联连接。
41.所述上部端板和所述下部端板分别可以配置在所述单电池层叠体的上部和下部，并且可以由例如为金属材料的导电材料形成。所述上部端板可以与所述单电池层叠体中的最上方单电池的第一电极电连接，并且可以包括露出于所述燃料电池堆叠体的外部的第一集电垫(pad)。此外，所述下部端板可以与所述单电池层叠体中的最下方单电池的第二电极电连接，并且可以包括露出于所述燃料电池堆叠体的外部的第二集电垫。作为一实施例，在各个燃料电池堆叠体中，所述第一集电垫和所述第二集电垫可以朝着同一个方向凸出，并且被配置成在相互隔开的情况下彼此对置。
42.作为一实施例，在多个所述燃料电池堆叠体1210、1220、1230、1240在包括以四边形形状沿着顺时针方向配置的第一燃料电池堆叠体1210、第二燃料电池堆叠体1220、第三燃料电池堆叠体1230以及第四燃料电池堆叠体1240的情况下，所述第一燃料电池堆叠体1210的第一集电垫和第二集电垫可以形成为朝着所述第四燃料电池堆叠体1240的方向凸出，所述第二燃料电池堆叠体1220的第一集电垫和第二集电垫可以形成为朝着所述第三燃料电池堆叠体1230的方向凸出，所述第三燃料电池堆叠体1230的第一集电垫和第二集电垫可以形成为朝着所述第二燃料电池堆叠体1220的方向凸出，所述第四燃料电池堆叠体1240的第一集电垫和第二集电垫可以形成为朝着所述第一燃料电池堆叠体1210的方向凸出。
43.所述第一集电结构体1300可以装载(load)所述燃料电池堆叠体1210、1220、1230、1240的第一集电垫，或者电连接于诸如功率转换器等外部电路(未图示)。
44.在一实施例中，所述第一集电结构体1300可以通过对具有导电性的金属板进行加工来形成为一体。作为一实施例，所述第一集电结构体1300可以包括：第一集电部1310，其一端部与所述外部电路电连接；第二集电部1320，具备分别与所述燃料电池堆叠体1210、1220、1230、1240的多个第一集电垫电连接的多个上部垫连接部；以及第三集电部1330，用于使所述第一集电部1310和所述第二集电部1320相连接。
45.所述第一集电部1310配置成与所述支撑板1100的上表面相邻，并且可以以与所述支撑板1100的上表面平行的方式延伸，而且其可以具有预设的宽度和厚度。所述第一集电部1310的第一端部可以与所述外部电路电连接。例如，所述第一集电部1310可以配置成与所述支撑板1100的上表面平行，并且具有矩形平板结构，所述矩形平板结构具有：平行于所述支撑板1100上表面的第一方向x上的宽度；和平行于所述支撑板1100的上表面且与所述第一方向x正交的第二方向y上的长度。
46.所述第二集电部1320沿着与所述第一集电部1310交叉的方向延伸，并且可以具有所述第一方向x上的长度和所述第二方向y上的宽度。例如，所述第二集电部1320可以包括第一中心部1321、第一上部垫连接部1322以及第二上部垫连接部1323。
47.所述第一中心部1321可以具有平行于所述支撑板1100的上表面的板状结构。例如，所述第一中心部1321可以形成为具有所述第一方向x上的长度和所述第二方向y上的宽度的矩形平板结构。
48.所述第一上部垫连接部1322可以从所述第一中心部1321的所述第一方向x上的一端部、即第一端部向与所述第一中心部1321相反的方向延伸，所述第二上部垫连接部1323可以从所述第一中心部1321的与所述第一端部相对的第二端部向与所述第一中心部1321相反的方向延伸。另一方面，所述第一上部垫连接部1322和第二上部垫连接部1323分别可以在其一部分设置有形成折痕的第一弯折部1322a和第二弯折部1323a，所述折痕用于在所述第一方向x上赋予伸缩性。所述第一弯折部1322a和第二弯折部1323a可以以平行于所述第二方向y的一个以上的弯折线为基准弯折。
49.所述第三集电部1330可以从所述第一集电部1310的与电连接于外部电路的第一端部相对的第二端部沿着垂直于所述第一方向x和第二方向y的第三方向z延伸，并且连接到所述第二集电部1320的所述第一中心部1321的侧面，而且可以具有与所述第一集电部1310相同的宽度和厚度；在所述第三集电部1330的一部分设置有形成折痕的第三弯折部1330a，所述折痕用于在所述第三方向z上赋予伸缩性。在一实施例中，所述第三弯折部1330a可以以平行于所述第一方向x的多个折痕线为基准弯折成锯齿形(zigzag)。所述第三集电部1330可以通过所述第三弯折部1330a在所述第三方向z上延伸或收缩。
50.所述第二集电结构体1400可以将所述燃料电池堆叠体1210、1220、1230、1240的多个第二集电垫与所述外部电路(未图示)电连接。
51.在一实施例中，所述第二集电结构体1400可以通过对具有导电性的金属板进行加工来形成为一体。作为一实施例，所述第二集电结构体1400可以包括：第四集电部1410，其一端部与所述外部电路电连接；和第五集电部1420，具备分别与所述燃料电池堆叠体1210、1220、1230、1240的多个第二集电垫电连接的多个下部垫连接部。
52.所述第四集电部1410配置成与所述支撑板1100的上表面相邻，并且可以以与所述支撑板1100的上表面平行的方式延伸，而且其可以具有预设的宽度和厚度，所述第四集电部1410的第一端部可以与所述外部电路电连接。例如，所述第四集电部1410可以配置成与所述支撑板1100的上表面平行，并且可以形成为具有所述第一方向x上的宽度和第二方向y上的长度的矩形平板结构。
53.所述第五集电部1420可以具有所述第一方向x上的长度和所述第二方向y上的宽度。例如，所述第五集电部1420可以包括第二中心部1421、第一下部垫连接部1422以及第二下部垫连接部1423。
54.所述第二中心部1421可以具有与所述支撑板1100的上表面平行的平板结构，并且可以连接于所述第四集电部1410的第二端部，其中，所述第二端部与电连接于外部电路的第一端部相对。例如，所述第二中心部1421可以形成为具有所述第一方向x上的长度和所述第二方向y上的宽度的矩形平板结构，所述第四集电部1410的第二端部可以连接于所述第二中心部1421的侧面。
55.所述第一下部垫连接部1422可以从所述第二中心部1421的所述第一方向x上的一端部、即第一端部向与所述第二中心部1421相反的方向延伸，所述第二下部垫连接部1423可以从所述第二中心部1421的与所述第一端部相对的第二端部向与所述第二中心部1421相反的方向延伸。另一方面，所述第一下部垫连接部1422和第二下部垫连接部1423分别可以在其一部分设置有形成折痕的第四弯折部1422a和第五弯折部1423a，所述折痕用于在所述第一方向x上赋予伸缩性。所述第四弯折部1422a和第五弯折部1423a可以以平行于所述第二方向y的一个以上的弯折线为基准弯折。
56.在一实施例中，如上所述，在多个所述燃料电池堆叠体1210、1220、1230、1240在包括以四边形形状沿着顺时针方向配置的第一燃料电池堆叠体1210、第二燃料电池堆叠体1220、第三燃料电池堆叠体1230以及第四燃料电池堆叠体1240的情况下，所述第一集电结构体1300的第一上部垫连接部1322和所述第二集电结构体1400的第一下部垫连接部1422分别可以与所述第一燃料电池堆叠体1210和第四燃料电池堆叠体1240的多个第一集电垫和多个第二集电垫电连接，并且所述第一集电结构体1300的第二上部垫连接部1323和所述第二集电结构体1400的第二下部垫连接部1423分别可以与所述第二燃料电池堆叠体1220和第三燃料电池堆叠体1230的多个第一集电垫和多个第二集电垫电连接。
57.在一实施例中，为了减小与相对应的集电垫的接触阻抗，可以对所述第一上部垫连接部1322和第二上部垫连接部1323以及所述第一下部垫连接部1422和第二下部垫连接部1423中的一个以上进行诸如打磨处理的用于增加表面积的表面处理，并且通过导电浆料来将其与相对应的集电垫粘合。
58.在一实施例中，为了防止所述第一集电结构体1300和第二集电结构体1400氧化，并且提高与其他结构之间的绝缘性能，可以在所述第一集电结构体1300和第二集电结构体1400的表面上涂覆(coating)绝缘性陶瓷材料。
59.图5是用于说明应用于本发明的一实施例的燃料电池系统的绝缘结合构件的剖视图。
60.如图5所示，所述第一集电结构体1300的第一集电部1310可以配置在所述第二集电结构体1400的第四集电部1410的上部，在这种情况下，本发明的实施例的燃料电池系统
1000还可以包括绝缘结合构件1500，所述绝缘结合构件1500用于使所述支撑板1100、所述第四集电部1410以及所述第一集电部1310之间彼此绝缘，并且将所述第一集电结构体1300和第二集电结构体1400固定于所述支撑板1100。
61.所述绝缘结合构件1500可以包括：第一绝缘垫片(spacer)构件1510，配置在所述支撑板1100的上表面上；第二绝缘垫片构件1520，以所述第四集电部1410位于第一绝缘垫片构件1510和第二绝缘垫片构件1520之间的方式，配置在所述第一绝缘垫片构件1510的上部；以及第三绝缘垫片构件1530，以所述第一集电部1310位于第二绝缘垫片构件1520和第三绝缘垫片构件1530之间的方式，配置在所述第二绝缘垫片构件1520的上部。作为一实施例，所述第一绝缘垫片构件1510、第二绝缘垫片构件1520以及第三绝缘垫片构件1520、1530可以形成为具有规定厚度的平板结构。
62.在一实施例中，所述第一绝缘垫片构件1510至第三绝缘垫片构件1530可以通过贯通所述第一绝缘垫片构件1510至第三绝缘垫片构件1530的螺栓等紧固构件1530来结合于所述支撑板1100。在这种情况下，所述第四集电部1410和所述第一集电部1310分别可以对应地加压固定在所述第一绝缘垫片构件1510和第二绝缘垫片构件1520之间，和所述第二绝缘垫片构件1520和第三绝缘垫片构件1530之间。
63.在一实施例中，所述第四集电部1410或者所述第一集电部1310在所述第一绝缘垫片构件1510和第二绝缘垫片构件1520之间或者在所述第二绝缘垫片构件1520和第三绝缘垫片构件1530之间移动，由此与由金属材料形成的所述紧固构件1530接触，从而所述第四集电部1410和所述第一集电部1310因所述紧固构件1530而发生短路，为了防止发生这种现象，可以在所述第一绝缘垫片构件1510的上表面和所述第二绝缘垫片构件1520的上表面形成引导凸起1511、1521，并且在所述第二绝缘垫片构件1520的下表面和所述第三绝缘垫片构件1530的下表面形成供所述引导凸起1511、1521插入的引导槽。在这种情况下，为了防止所述第四集电部1410和所述第一集电部1310因所述紧固构件1530而发生短路，所述引导凸起1511、1521可以形成为，比所述紧固构件1530更靠近于所述第四集电部1410和所述第一集电部1310。
64.根据本发明的燃料电池系统，利用在上下方向和水平方向上可伸缩的第一集电结构体来将多个燃料电池堆叠体的多个第一集电垫与外部电路电连接，从而不仅能够容易执行燃料电池堆叠体的设置工艺，还能防止因多个燃料电池堆叠体的多个集电垫或集电结构体损坏而发生电力损失。
65.并且，通过打磨处理等来增加集电结构体或集电垫的接触面的表面积，然后用导电浆料相结合，从而能够更加稳定地防止从所述燃料电池堆叠体产生的电力发生损失。
66.尽管在上文中参照本发明的优选实施例进行了说明，但是所属技术领域的普通技术人员可以理解在不脱离权利要求范围中记载的本发明的思想和领域的范围内可以对本发明进行各种各样的修改和变更。
67.附图标记说明
68.1000：燃料电池系统
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1100：支撑板
69.1210、1220、1230、1240：燃料电池堆叠体
70.1300：第一集电结构体
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1310：第一集电部
71.1320：第二集电部
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1330：第三集电部
72.1400：第二集电结构体
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1410：第四集电部
73.1420：第五集电部
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1500：绝缘结合构件