燃料電池組外殼的製作方法

2023-04-22 18:01:46 3

專利名稱：燃料電池組外殼的製作方法
技術領域：
本發明涉及收納燃料電池組的燃料電池組外殼。
背景技術：
燃料電池是通過隔板夾持MEA而形成的。多塊燃料電池層疊而構成 燃料電池組，燃料電池組被收納在燃料電池組外殼內。
以往的燃料電池組外殼的材料例如日本特開2002-362164號/>才艮7>開 的那樣，為鋁或鐵。
專利文獻l:日本特開2002-362164號>^報

發明內容
但是，在以往的燃料電池組外殼中存在下述問題。 (i)由於是金屬，所以重量大。
(ii )當在燃料電池組外殼上設置換氣孔時，如果想要設定其必要面積， 則電磁屏蔽性下降，會流出電磁波。另外，存在外殼的面剛性降低的危險。 本發明的目的在於提供一種能夠解決上述(i)或(ii)中的至少一個 課題的、即能夠達成能夠輕型化和能夠具有電磁屏蔽性中的至少一方面的 燃料電池組外殼。
解決上述課題從而達成上述目的的本發明的燃料電池組外殼如下所述。
(1) 一種燃料電池組外殼，在內部收納燃料電池組，其中，燃料電池 組外殼構成材料包含樹脂和使電磁波衰減的電磁波衰減材料。
(2) 如上述(1)所述的燃料電池組外殼，其中所述樹脂的每單位體積的含有率比所述電磁波衰減材料的每單位體積的含有率高。
(3) 如上述(1)或(2)所述的燃料電池組外殼，其中所述電磁波 衰減材料在所述燃料電池組外殼的厚度方向上具有流體通過性，通過所述 樹脂賦予所述燃料電池組外殼的厚度方向的流體不透過性。
(4) 如上述(1) ~ (3)中的任意一項所述的燃料電池組外殼，其中 所述樹脂的耐腐蝕性比所述電》茲波衰減材料的耐腐蝕性高。
(5) 如上述(1) ~ (4)中的任意一項所述的燃料電池組外殼，其中 所述燃料電池組裝載在車輛上，所述電磁波衰減材料為導電材料，所述導 電材料接地於車輛的車體。
(6) 如上述(1) ~ (5)中的任意一項所述的燃料電池組外殼，其中 所述電磁波衰減材料為導電材料，所述燃料電池組外殼具有多個構件，各 構件具有所述導電材料，所述多個構件以各構件所含的所述導電材料互相 導通的方式組合。
(7) 如上述(1) ~ (6)中的任意一項所述的燃料電池組外殼，其中 所述燃料電池組外殼的內面設成電絕緣面。
(8) 如上述(1) ~ (7)中的任意一項所述的燃料電池組外殼，其中 在所述燃料電池組外殼的壁上，互相隔開間隔地形成有通氣用的多個孔。
(9) 如上述(8)所述的燃料電池組外殼，其中在所述燃料電池組 外殼的壁的、所述孔的周緣部上，形成有由樹脂、橡膠中的任意一種構成 的電絕緣材料的覆蓋層。
(10) 如上述(8)或(9)所述的燃料電池組外殼，其中所述多個 孔各自的大小設為即使存在該孔也能維持電磁屏蔽性的大小以下。
(11) 如上述(8) ~ (10)中的任意一項所述的燃料電池組外殼，其 中所述多個孔被使氣體透過但不使水透過的材料的蓋子覆蓋。
上述(l) ~ (5)的燃料電池組外殼，由於由包含樹脂和電磁波衰減 材料的材料構成燃料電池組外殼，所以能夠通過樹脂使燃料電池組外殼輕 型化，並且能夠通過電磁波衰減材料使燃料電池組外殼具有電磁屏蔽性。
上述(6)的燃料電池組外殼，由於燃料電池組外殼具有多個構件(例如，實施例的上部外殼和下部外殼)，並且多個構件以各構件所含的導電 材料互相導通的方式組合，所以能夠防止電磁波在多個構件的接縫洩漏。
上述(7)的燃料電池組外殼，由於燃料電池組外殼的內面被設成電絕 緣面，所以能夠與收納在外殼內的高電壓部件電氣性地屏蔽，即使接觸外 殼也是安全的。
上述(8)的燃料電池組外殼，由於在燃料電池組外殼的壁上互相隔開 間隔地形成有通氣用的多個孔，所以即使燃料電池的燃料氣體微量洩露也 能對外殼內進行換氣。另外，由於互相隔開間隔地形成有多個孔，所以不 會如設置1個大孔的情況那樣電磁波通過孔洩露，能夠維持電磁屏蔽性。
上述(9)的燃料電池組外殼，由於在燃料電池組外殼的壁的、孔的周 緣部上，形成有樹脂、橡膠等的覆蓋層，所以即使布線接觸也難以使布線 損傷，能夠抑制下述缺陷的產生，即在沒有覆蓋層時，布線與孔的角部 接觸從而布線的覆蓋損傷、芯線露出而與外殼相導通。
上述(IO)的燃料電池組外殼，由於多個孔各自的大小祐 沒為能夠維 持電磁屏蔽性的大小以下(例如，直徑40mm程度的孔的大小以下)，所 以即使設置換氣孔，電磁波也不會通過該孔洩漏。
上述(ll)的燃料電池組外殼，由於多個孔被使氣體透過但不使水透 過的材料的蓋子覆蓋，所以能夠無損換氣性地防止水進入外殼內。另外， 在設置蓋子時，在蓋子的材料中設置導電材料從而使外殼導通，由此即使 增大孔也能維持電磁屏蔽性。


圖l是本發明的燃料電池組外殼的外觀立體圖。
圖2是本發明的燃料電池組外殼的剖視圖(圖1的A-A線剖視圖)。
圖3是本發明的實施例1的燃料電池組外殼的壁的剖視圖。
圖4是本發明的實施例2的燃料電池組外殼的壁的剖視圖。
圖5是本發明的實施例3的燃料電池組外殼的壁的剖視圖。
圖6是本發明的實施例4的燃料電池組外殼的凸緣部(上部外殼與下部外殼的連結部的凸緣部)的剖視圖。圖7是本發明的實施例5的燃料電池組外殼的凸緣部(上部外殼與下部外殼的連結部的凸緣部)的剖視圖。圖8是本發明的實施例6的燃料電池組外殼的外觀立體圖。圖9是本發明的實施例7的、安裝蓋子之前的、燃料電池組外殼的外觀立體圖。圖IO是本發明的實施例7的、安裝蓋子之後的、燃料電池組外殼的剖視圖(圖9的B-B線剖視圖)。圖11是本發明的實施例8的燃料電池組外殼的外觀立體圖。圖12是本發明的實施例9的燃料電池組外殼的一部分的、表示孔的排列的俯視圖。圖13是本發明的實施例10的燃料電池組外殼的一部分的、表示孔的 排列的俯視圖。圖14是本發明的實施例11的燃料電池組外殼的一部分的、表示孔的 排列的俯視圖。圖15是本發明的實施例12的燃料電池組外殼的一部分的、表示孔及 其附近的剖視圖。圖16是本發明的實施例13的燃料電池組外殼的一部分的、表示孔及 其附近的剖4見圖。圖17是收納在本發明的燃料電池組外殼內的燃料電池組的側視圖。圖18是圖17的一部分的放大剖視圖。圖19是圖17的燃料電池組的隔板部位處的主視圖。
具體實施方式
下面，參照圖1~圖19說明本發明的燃料電池組外殼。 在這些圖中，圖1、圖2、圖17~圖19能夠通用於本發明的所有實施 例；圖3表示本發明的實施例1;圖4表示本發明的實施例2;圖5表示本 發明的實施例3;圖6表示本發明的實施例4;圖7表示本發明的實施例5;圖8表示本發明的實施例6;圖9、圖IO表示本發明的實施例7;圖11表 示本發明的實施例8;圖12表示本發明的實施例9;圖13表示本發明的實 施例10;圖14表示本發明的實施例11;圖15表示本發明的實施例12; 圖16表示本發明的實施例13。附加相同符號。
，、、， 、 ； .、 J首先，參照圖1、圖2、圖17~圖19，對在本發明的所有實施例中通 用的部分的結構、作用 效果進行說明。應用了本發明的燃料電池組外殼50，收納例如固體高分子電解質型燃 料電池10。燃料電池10裝載在例如燃料電池機動車上。但是，也可以用 在機動車以外的用途。固體高分子電解質型燃料電池(單電池)10如圖17~圖19、圖1所 示，是將膜-電極組件19 (MEA: Membrane-Electrode Assembly)與隔 板18層疊而成的。膜- 電極組件19具有由離子交換膜構成的電解質膜11，配置在該電解質膜ll的一面上的包含催化劑層的電極(陽極、燃料極)14，以及配 置在電解質膜的另一面上的包含催化劑層的電極(陰極、空氣極)17。在膜-電極組件與隔板18之間，分別在陽極側、陰極側設有擴散層13、 16。膜 - 電極組件19與隔板18層疊而構成單電池10。單電池10層疊成為單電池層疊體。在單電池層疊體的單電池層疊方向兩端，配置有端子20、絕緣體21、端板22。兩端的端板22通過螺栓.螺母25固定於在單電池層疊方向上延伸的繫結構件(例如，張力板24)，將單電池層疊體在單電池層疊方向上夾緊，從而構成燃料電池組23。在隔板18上，在發電區域，在陽極14形成有用於提供燃料氣體(氫)的燃料氣體流道27,在陰極17形成有用於提供氧化氣體(氧，通常是空氣)的氧化氣體流道28。另外，在隔板18上還形成有用於冷媒(通常是冷卻水)流動的冷媒流道26。在隔板18上，在非發電區域，形成有燃料氣體歧管30、氧化氣體歧管31和冷媒歧管29。燃料氣體歧管30與燃料氣體流道27相連通，氧化氣體歧管31與氧化氣體流道28相連通，冷媒歧管 29與冷媒流道26相連通。在各單電池19的陽極14側，進行將氫變換成氫離子(質子)和電子 的電離反應，氫離子在電解質膜ll中向陰極17側移動，在陰極17側氧與 氫離子以及電子(在相鄰的MEA的陽極生成的電子通過隔板，或者在單 電池層疊方向一端的單電池的陽極生成的電子通過外部電路移動到另一端 的單電池的陰極)生成水，進行基於下式的發電。陽極側H2 —2H+十2e-陰極側2H++2e> (1/2) 02 —H20各種流體被互相隔離(密封)，並且與外部隔離(密封)。夾著各單 電池19的MEA19的2個隔板18之間通過第1密封構件32而密封，相鄰 的各單電池19彼此之間通過第2密封構件33而密封。第1密封構件32例如由粘接劑構成，第2密封構件33例如由矽酮橡 膠、氟橡膠、EPDM (三元乙丙橡膠)等的密封墊構成。但是，第1密封 構件32和第2密封構件33也可以都由粘接劑或密封墊構成。隔板18可以是碳隔板、金屬隔板、金屬隔板與樹脂框的組合、導電性 樹脂隔板等中的任意一種。燃料電池組23被收納在燃料電池組外殼50內。在單電池10上安裝有單電池電壓監控端子，從單電池電壓監控端子引 出的布線從燃料電池組外殼50內通過燃料電池組外殼50的孔而被導向燃 料電池組外殼50外。為了使得不會從燃料電池10向燃料電池組外殼50流過電流，燃料電 池組23與燃料電池組外殼50互相絕緣。同樣，布線與燃料電池組外殼50 互相絕緣。如圖1、 2所示，燃料電池組外殼50是在內部收納燃料電池組23的燃 料電池組外殼50。燃料電池組外殼50，在外殼的厚度內(外殼壁的厚度內)， 包含樹脂材料52 (樹脂化)，並且包含電磁波吸收材料(例如，導電材料 51),通過導電材料51進行電磁屏蔽(以電磁波不能通過的方式進行電磁屏蔽)。燃料電池組外殼50的壁的樹脂材料52例如為聚乙烯、聚丙烯或 者C-FRR等。
如圖l、 2所示，燃料電池組外殼50，為了能夠將燃料電池組23插入 內部或者從內部取出，具有互相分開的多個(2個以上)構件53、 54 (例 如，上部外殼53、下部外殼54)，至少一個構件53、 54在其厚度內具有 導電材料51。但是，優選互相分開的多個(2個以上)構件53、 54中的所 有構件在其厚度內具有導電材料51。多個構件53、 54，以各構件所含的導 電材料51互相導通的方式，互相組合。這些導電材料51如上所述，起到 降低電磁波從燃料電池組外殼外向內或者從內向外的傳遞的效果。
燃料電池組外殼50的內面優選設為電絕緣面。在燃料電池組外殼50 的導電材料51在外殼內面露出時，優選在燃料電池組23與燃料電池組外 殼50之間夾裝有電絕緣材料。
在這裡，如上所述在燃料電池組外殼50中含有樹脂材料52和導電材 料51，但如果如下所述賦予各材料的特性差異，則能夠更優良地兼顧輕型 化和電磁屏蔽性。
作為燃料電池組外殼50所必需的性能，除了輕型化和電磁屏蔽性，還 有強度、對水等的隔斷性、耐腐蝕性等功能。其中為了賦予強度，例如對 於燃料電池組外殼50的面內方向的強度(例如抗拉強度)，以樹脂材料 52比導電材料51強度大的方式選定導電材料51以及樹脂材料52的厚度、 材質、含有率。具體地說，通過使樹脂材料52的厚度比導電材料51的厚 度厚，從而將燃料電池組外殼50的每單位體積的材料含有率設為樹脂材料 52比導電材料51大，由此能夠在通過導電材料51確保電磁屏蔽的同時通 過樹脂材料52確保所希望的強度。另外，作為合適的樹脂，可以使用聚醯 亞胺樹脂、聚碳酸酯樹脂等。
從其它的觀點出發，在採用纖維狀的導電性填料等的在厚度方向上具 有流體通過性(透氣性、透水性)的導電材料作為導電材料51時，優選通 過樹脂材料52賦予流體不透過性(不透氣性、不透水性)。此時，可以以 填埋導電材料51的間隙的方式設置樹脂材料52，也可以是將導電材料51與流體不透過性的樹脂片層疊起來的結構。作為樹脂，可優選使用聚醯亞 胺樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚氨酯樹脂、聚丙烯樹脂等。根據該結構，能夠 通過減小導電性材料的密度實現輕型化，並且能夠抑制雨水等的水進入燃
料電池組外殼50內。尤其在燃料電池組外殼50收納露出了具有導通性的 隔板的燃料電池組23時，能夠抑制液體以跨及電位互不相同的隔板間的方 式附著，所以很有效。
另外，從耐腐蝕性的觀點出發，通過採用耐酸性或者耐腐蝕性比導電 材料51高的樹脂作為樹脂材料52的材質，能夠提供高耐腐蝕性的燃料電 池組外殼50。
接下來，對於上述本發明的所有實施例中相同的結構部分的作用、效 果進行說明。
燃料電池組外殼50包含導電材料51和樹脂材料52，所以與燃料電池 組外殼50整體為鐵、鋁等金屬的情況相比，能夠使燃料電池組外殼50輕 型化。另外，若為了使燃料電池組外殼50樹脂化，而通過例如注射模塑成 型製造燃料電池組外殼，則不存在衝壓中那樣的負角成形的問題(在模具 插入、拔出方向難以成形成為負角的部分的問題)，能夠改善成形性。並 且，由於通過導電材料51進行電磁屏蔽，所以能夠使燃料電池組外殼50 具有電磁屏蔽性。
燃料電池組外殼50具有多個構件53、 54(例如，實施例的上部外殼 53和下部外殼54)，多個構件53、 54以各構件53、 54所含的導電材料 51互相導通的方式組合，所以能夠防止電磁波在多個構件53、 54的接縫 從外殼內向外殼外或者從外殼外向外殼內洩漏。由此，能夠抑制繼電器等 的通過電磁力、電磁波等控制動作的設備的誤操作。
在將燃料電池組外殼50的內面62設為電絕緣面時，能夠將外殼50 與收納在外殼50內的高電壓部件(電池組23)電氣性地屏蔽，即使人接 觸外殼50也是安全的。
接下來，對本發明的各實施例所特有的結構、作用、效果進行說明。---圖6
在本發明的實施例4中，如圖6所示，多個構件53、 54(例如，上部 外殼53、下部外殼54)之間的電磁屏蔽的形成是這樣進行的在多個構件 53、 54的凸緣的對向部，遍及整個周長並且使對向面露出地設置導電材料 56，在將多個構件53、 54繫結時，使對向的導電材料56互相接觸導通。在多個構件53、 54上遍及整個面地設置有導電材料51(可以基於圖3~圖 5中的任何一個)。
本發明的實施例4的作用、效果是，由於在多個構件53、 54的凸緣的 對向部遍及整個周長地設置導電材料56，所以能夠遍及外殼50的凸緣部 的整個周長地確保導電性和電磁屏蔽。由於在外殼50的凸緣部以外的部位 遍及整個面地設置有導電材料51,所以能夠遍及整個面地確保電磁屏蔽。 也可以代替通過導電材料51導通，而通過貫通構件53、 54地將兩者繫結 的繫結構件(螺栓等)將構件53、 54導通。---圖15
在本發明的實施例12中，如圖15所示，在燃料電池組外殼50的壁上， 互相隔開間隔地形成有通氣用、換氣用的多個孔55。這些孔是用於對從燃 料氣體系統洩露出的微量氫進行換氣的孔，為了對比空氣輕的氫進行換氣， 優選設置在外殼50的頂壁上。在孔55上，施有覆蓋層(例如樹脂塗層， 樹脂為例如聚乙烯)59，使得孔55的角的邊緣不露出。
本發明的實施例12的作用、效果是，由於在孔55上，施有覆蓋層(例 如樹脂塗層)59，使得孔55的角的邊緣不露出，所以即使布線60接觸(由 於車輛的振動而接觸多次)也難以使布線損傷，能夠抑制下述缺陷的產生，即在沒有覆蓋層59時，布線與孔的角部接觸從而布線的覆蓋損傷、芯線 露出而與外殼相導通。
[實施例13---圖16
在本發明的實施例13中，如圖16所示，在燃料電池組外殼50的壁上， 互相隔開間隔地形成有通氣用、換氣用的多個孔55。這些孔是用於對從燃 料氣體系統洩露出的微量氫進行換氣的孑L，為了對比空氣輕的氫進行換氣， 優選設置在外殼50的頂壁上。在孔55上，施有覆蓋層(例如膠帶)59， 使得孔55的角的邊緣不露出。
本發明的實施例13的作用、效果是，由於在孔55上施有覆蓋層(例 如膠帶)59，使得孔55的角的邊緣不露出，所以即使布線60接觸(由於 車輛的振動而接觸多次)也難以使布線損傷，能夠抑制下述缺陷的產生， 即在沒有覆蓋層59時，布線與孔的角部接觸從而布線的覆蓋損傷、芯線 露出而與外殼相導通。
[變形例J
在上述的各實施例中，列舉了通過沿著燃料電池組外殼50的面面狀地 存在的導電面進行電磁屏蔽的結構，但並不局限於此。
例如，也可以使用鐵素體等磁性電波吸收材料。在該結構中，電磁波 由於利用了磁性材料的複數比透磁率的虛數部的透磁損失而衰減。這種磁 性電波吸收材料可以將粉末狀的磁性材料混合在樹脂中 一體成形而後使 用。磁性體作用於電磁波的磁場成分，將能量轉換成熱量。
另外，在上迷的實施例中，表示了將導通了的構件設置成面狀的情況， 但導電體並不一定非要設置成面狀。即，若利用導電性物質的介電損失、 作用在電磁波的電場成分上而將該能量轉換成熱量，則也可以配置成碳粒 子等導電性粒子在樹脂層內互相分離。除此之外，使電磁波反射的構件也 可以利用作電磁波降低材料。
總之，只要是與樹脂相比具有使電磁波衰減的性能的電磁波衰減材料, 可以採用任何的材料。
另外，在電磁波衰減材料將電磁波轉換成電能從而使其衰減時(例如構成為通過導通體的面覆蓋燃料電池時)，為了從燃料電池組外殼50迅速 地除去電荷，優選將導通面接地。在此將燃料電池IO以及燃料電池組外殼 50裝載在車輛上、作為向車輛的行駛用馬達提供電極的電源而起作用，在 這種情況下優選將燃料電池組外殼50的導電面接地於車輛的車體。另夕卜， 作為燃料電池組外殼50的導電面，除了在上述的實施例2中說明的片狀的 導電面(導電材料51),還包括在實施例1中說明的多個導電性要素以互 相接觸的方式混在樹脂52中的導電面。
權利要求
1.一種燃料電池組外殼，在內部收納燃料電池組，其中所述燃料電池組外殼包含樹脂和使電磁波衰減的電磁波衰減材料。
2. 如權利要求l所述的燃料電池組外殼，其中所述樹脂的每單位 體積的含有率比所述電磁波衰減材料的每單位體積的含有率高。
3. 如權利要求1或2所述的燃料電池組外殼，其中所述電磁波衰 減材料在所述燃料電池組外殼的厚度方向上具有流體通過性，通過所述樹 脂賦予所述燃料電池組外殼的厚度方向的流體不透過性。
4. 如權利要求1~3中的任意一項所述的燃料電池組外殼，其中 所述樹脂的耐腐蝕性比所述電磁波衰減材料的耐腐蝕性高。
5. 如權利要求1~4中的任意一項所述的燃料電池組外殼，其中 所述燃料電池組裝載在車輛上，所述電磁波衰減材料為導電材料，所述導 電材料接地於車輛的車體。
6. 如權利要求1~5中的任意一項所述的燃料電池組外殼，其中 所述電磁波衰減材料為導電材料，所述燃料電池組外殼具有多個構件，各 構件具有所述導電材料，所述多個構件以各構件所含的所述導電材料互相 導通的方式組合。
7. 如權利要求1~6中的任意一項所述的燃料電池組外殼，其中 所述燃料電池組外殼的內面設成電絕緣面。
8. 如權利要求1~7中的任意一項所述的燃料電池組外殼，其中 在所述燃料電池組外殼的壁上，互相隔開間隔地形成有通氣用的多個孔。
9. 如權利要求8所述的燃料電池組外殼，其中在所述燃料電池組 外殼的壁的、所述孔的周緣部上，形成有由樹脂、橡膠中的任意一種構成 的電絕緣材料的覆蓋層。
10. 如權利要求8或9所述的燃料電池組外殼，其中所述多個孔各 自的大小設為即使存在該孔也能維持電磁屏蔽性的大小以下。
11. 如權利要求8~10中的任意一項所述的燃料電池組外殼，其中所述多個孔被使氣體透過但不使水透過的材料的蓋子覆蓋。
全文摘要
本發明的燃料電池組外殼(50)是在內部收納有燃料電池組(23)的燃料電池組外殼(50)。燃料電池組外殼50包含樹脂(52)和電磁波衰減材料例如導電材料(51)，由電磁波衰減材料進行電磁屏蔽。燃料電池組外殼(50)具有多個構件(53、54)，多個構件(53、54)以各構件所含的導電材料(51)互相導通的方式組合。燃料電池組外殼(50)的內面被設成電絕緣面。可以在燃料電池組外殼50的壁上互相隔開間隔地形成有通氣用的多個孔(55)。可以在孔(55)的周緣部上形成樹脂、橡膠等的覆蓋層(59)。多個孔(55)可以由使氣體透過但不使水透過的材料的蓋子(58)覆蓋。由此，能夠達成能夠使燃料電池組外殼(50)輕型化和使之具有電磁屏蔽性中的至少一方面。
文檔編號H01M8/10GK101292387SQ20068003892
公開日2008年10月22日 申請日期2006年10月20日 優先權日2005年10月20日
發明者田中秀幸 申請人:豐田自動車株式會社