(57)【要約】燃料電池スタック（１２）から作り出される電気エネルギーを伝達するための、統合型電気伝導システム（１４）を有する燃料電池システム（１０）が提供される。この電気伝導システムは、電気を、複数の燃料電池スタックを一緒に接続するのに必要な外部配線量を低減するために燃料電池スタックの共通の端部にそれぞれ配設された、正極（１８）および負極（２０）に伝達する。燃料電池スタックと電気システムはどちらも、ハウジング（１６）内に配設される。
2008523575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内に配設される、電気エネルギーを発生させる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの第１の端部に配設された第１の集電板に接続された第１の極と、前記燃料電池スタックの前記第１の端部に配設され、絶縁層によって前記第１の集電板から離隔される第２の集電板に接続された第２の極とを含む、電気伝導システムであって、前記第１および第２の集電板の一方が、前記燃料電池スタックの第２の端部に配設された第３の集電板に接続される電気伝導システムとを備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記ハウジングがさらに、
前記燃料電池スタックの前記第１の端部に隣接し、前記第１および第２の極をその中を貫通して受け取るための第１および第２の開口を備える、第１のハウジング蓋部と、
前記燃料電池スタックの前記第２の端部に隣接し、少なくとも１つの反応物質を前記燃料電池スタック内に供給するための、少なくとも１つの流路を備える、第２のハウジング蓋部とを備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１および第３の集電板がそれぞれ、それぞれに対応する、バスバーの第１および第２の端部に結合するための取付けフランジを備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第２の集電板に接続された前記第２の極が、前記第１の集電板の開口を貫通して突き出す、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１の集電板および第２の集電板が銅製である、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記絶縁層がさらに、前記絶縁層を前記ハウジングに固定する助けとなるフランジを備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
ハウジングと、
前記ハウジング内に配設される、電気エネルギーを発生させ、また第１の端部および第２の端部を備える燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの前記第１の端部に結合される、前記電気エネルギーを第１の極に伝達するための第１の集電板と、前記燃料電池スタックの前記第２の端部に結合される、電荷を第２の極に伝達するための第２の集電システムとを含む電気システムと、を備える燃料電池システムであって、
前記電気システムが、前記ハウジング内に保持され、前記第１の極および第２の極が、前記燃料電池スタックの前記第１の端部にある、燃料電池システム。
【請求項８】
前記第２の集電システムがさらに、
前記第１の極がその中を貫通する少なくとも１つの開口を備える第２の集電板と、
前記第１の極がその中を貫通する少なくとも１つの開口を備え、前記第１の集電板と前記上部集電板との間に配置される第１の絶縁層と、
前記燃料電池スタックの前記第２の端部と連通し、少なくとも１つの開口を備える第３の集電板と、
電荷がそこを通って流れることができるように、前記第２の集電板と前記第３の集電板とに結合される導電性バーとを備える、請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記上部および下部集電板が銅製である、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第１の集電板が銅製である、請求項７に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関し、より詳細には、燃料電池スタックと共に使用する、統合型バスバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、水素ベースの供給ガス（例えば、純水素または水素リフォーメート（ｒｅｆｏｒｍａｔｅ））と、酸化剤供給ガス（例えば、純酸素または酸素含有空気）との間の反応に基づいて電気エネルギーを生成する、燃料電池スタックを含む。陽子交換膜（ＰＥＭ）型燃料電池では、水素ベースの供給ガスが燃料電池のアノードに供給され、酸化剤が燃料電池のカソードに供給される。ＰＥＭ燃料電池は、アノードをその両面の一方上に、カソードを反対側の面上に有する、薄い、陽子透過性の、非導電性の固体高分子膜電解質を備えた膜電極接合体（ＭＥＡ）を含む。ＭＥＡは、１対の導電性要素の間に挟まれ、それらの導電性要素は、アノードおよびカソード用の集電板として働き、燃料電池のガス反応物質を、それぞれに対応するアノードおよびカソード触媒の表面全体にわたって分配するための適当な流路および／または開口をその中に収容する。複数の個々の燃料電池が一般に、一緒にスタックされて、ＰＥＭ燃料電池スタックが形成される。
【０００３】
一般に、複数の燃料電池スタックが、図３に示されるように、直列に構成されて、高電圧外部接続ワイヤを介して接続される。外部接続ワイヤを使用すると、燃料電池スタックシステムの体積、重量、および複雑さが増大する。具体的には、燃料電池スタックは一般に、燃料電池スタック１００の両端に配設された正極１０２および負極１０４を有する。したがって、複数の燃料電池スタック１００、１００ａを直列に接続するためには、図３に示されるように、外部高電圧ワイヤ１０６が、燃料電池スタック１００のある端部から、隣接する燃料電池スタック１００ａの別の端部まで延びることが必要になる。外部ワイヤ１０６は、接触器によって保護されず、遮蔽またはその他の保護が必要な電磁障害（ＥＭＩ）を増大させる一因となる。外部ワイヤ１０６はまた、密封要件を追加する一因にもなる。したがって、ワイヤが完全に絶縁され、遮蔽されることによって、大きな体積が必要になり、燃料電池システムの重量が増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、外部配線が低減されたシステムの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、統合型電気伝導システムを有する燃料電池システムを提供する。燃料電池スタックによって作り出された電気エネルギーが、電気伝導システムによって、燃料電池スタックから伝達される。電気伝導システムと燃料電池スタックはどちらも、複数の燃料電池スタックを接続するのに必要とされる外部配線を低減させる同じハウジング内に保持される。
【０００６】
本発明のさらなる適用可能範囲は、以下に提供される詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示すものの、例示のためのものにすぎず、本発明の範囲を限定するものでないことを理解されたい。
【０００７】
本発明は、詳細な説明および添付の図面から、より完全に理解されるようになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
好ましい諸実施形態についての以下の説明は、本質的に例にすぎず、決して本発明、その適用分野、または使用法を限定するものではない。
ここで図１を参照すると、本発明の原理による燃料電池システム１０が示されている。燃料電池システム１０は、電気伝導システム１４に結合された、燃料電池スタック１２（概略的に示される）を含む。燃料電池スタック１２と電気伝導システム１４はどちらも、その一部分が想像線で示されるハウジング１６内に配設される。
【０００９】
燃料電池スタック１２が電力を生成し、それが、燃料電池スタック１２から外へ、電気伝導システム１４に接続された隣接する正極１８および負極２０を介して伝導される。図２に示されるように、燃料電池スタック１２は、第１の端部２２および第２の端部２４を有し、その両方が電気伝導システム１４に結合される。具体的には、本明細書において詳細に説明されるように、電気伝導システム１４は、正極１８と連通する第１の集電板２６と、負極２０と連通する第２の集電板３４とを含む。第１の集電板２６は、燃料電池スタック１２の第１の端部２２と連通し、第２の集電板３４は、燃料電池スタック１２の第２の端部２４と連通する。第２の集電板３４は、負極２０に、第３の集電板３２に接続された導電性バスバー３０を介して結合される。
【００１０】
第１の集電板２６は、正極１８を備える。正極１８は、正に帯電される。第１の集電板２６は、導電性であり、例えば銅など、任意の導電性材料から製作することができる。第１の集電板２６は、燃料電池スタック１２によって発生される電気エネルギーが、集電板２６を通過するように、燃料電池スタック１２の第１の端部２２と連通する。第１の集電板２６は、第１の絶縁層３６によって、第３の集電板３２から離隔される。
【００１１】
第２の集電板３４と第３の集電板３２は、どちらも導電性であり、例えば銅など、任意の導電性材料から製作することができる。第１の絶縁層３６は、任意の実質的に非導電性の材料から製作することができる。第３の集電板３２は、ハウジング１６の上蓋６４に隣接して配置され、負に帯電される負極２０を備える。第３の集電板３２はさらに、第１の集電板２６から正極１８を、その中を貫通して非接触に受け取るための開口４０を備える。第３の集電板３２上の相フランジ４２が、導電性バスバー３０を、第３の集電板３２に結合させる。具体的には、相フランジ４２は、複数の標準的な留め具４６を、その中を貫通して受け取るための複数の開口４４を備える。導電性バスバー３０は、図では、相フランジ４２に留め具４６を介して結合されているが、例えば溶接、接着剤、圧着、またはリベットなど、他の任意の適切な固定機構を使用することもできる。導電性バスバー３０はさらに、第２の集電板３４に結合される。
【００１２】
導電性バスバー３０は、第２の集電板３４に、相フランジ４８を介して接合される。相フランジ４８は、複数の留め具５２を、その中を貫通して受け取るための複数の開口５０を備える。導電性バスバー３０は、図では、相フランジ４８に留め具５２を介して結合されているが、例えば溶接、接着剤、圧着、またはリベットなど、他の任意の適切な固定機構を使用することもできる。第２の集電板３４は、燃料電池スタック１２の第２の端部２４と連通し、負に帯電される。第２の集電板３４はさらに、以下に記載の反応ガス用の通路として働く複数の開口５４を備える。第２の集電板３４は、第２の絶縁層３８に隣接して配置される。
【００１３】
第２の絶縁層３８は、第２の集電板３４とハウジング１６の下蓋６６との間に配置される。第２の絶縁層３８は、第２の絶縁層３８をハウジング１６に固定するためのタブ５６と、以下に記載の反応ガス用の通路を提供する複数の開口５８とを有する。第１の絶縁層３６は、第３の集電板３２と第１の集電板２６との間に配置される。第１の絶縁層３６は、第１の集電板２６と正極１８とを、負に帯電される第３の集電板３２から絶縁する働きをし、正極１８がその中を貫通する開口５９を有する。第１の絶縁層３６は、第１の絶縁層３６をハウジング１６に固定するためのタブ６０も備える。
【００１４】
導電性バスバー３０が、電荷がそこを通って流れることができるように、第３の集電板３２と第２の集電板３４とを互いに結合する。導電性バスバー３０は、留め具４６を第３の集電板３２から、また留め具５２を第２の集電板３４からその中に受け取るための、複数の開口６２を備える。導電性バスバー３０は、例えば銅など、任意の導電性材料から製作することができる。
【００１５】
ハウジング１６は、上蓋６４、下蓋６６、および図１に想像線で示される本体を有する。上蓋６４は、第１の集電板２６と、第３の集電板３２と、第１の絶縁層３６とを含む燃料電池スタック１２の第１の端部２２を囲む。下蓋６６は、第２の集電板３４と、第２の絶縁層３８とを含む燃料電池スタック１２の第２の端部２４を囲む。上蓋６４は、正極１８を第１の集電板２６から、また負極２０を第３の集電板３２から受け取るための、１対の開口７０を備える。ハウジング１６の下蓋６６は、水素ベースの供給ガスを受け取るためのアノード入口７２ａと、酸化剤供給ガスを受け取るためのカソード入口７２ｂと、冷却剤流体がその中を通過する冷却剤入口７２ｃとを備える。さらに、下蓋６６は、排出ガスおよび冷却剤を燃料電池スタック１２から取り出すための、アノード排出口７４ａと、カソード排出口７４ｂと、冷却剤排出口７４ｃとを備える。したがって、第２の集電板３４の複数の開口５４、および第２の絶縁層３８の複数の開口５８がそれぞれ、下蓋６６内に配置されたとき、アノード、カソード、および冷却剤の入口ガスならびに排出ガス用の通路として働く。
【００１６】
燃料電池システム１０は、複数の燃料電池スタック１２の接続を、複雑な、かさのある配線システムによってではなく、密接に配置された正極１８および負極２０によって可能にし、それによって燃料電池システム１０の組立てスペースおよび全体のサイズの総計が低減される。さらに、導電性バスバー３０をハウジング１６内に統合することによって、導電性バスバー３０が、組立て中に接触または誤った取扱いから保護される。導電性バスバー３０を、さまざまなサイズの燃料電池スタック１２に利用することもできる。さらに、必要に応じて、第３の集電板３２の正極１８、および第３の集電板３２の負極２０を、第１の集電板２６および第３の集電板３２それぞれに沿ったどんな位置にも配置することができる。
【００１７】
本発明の説明は、本質的に例にすぎず、したがって、本発明の要旨から逸脱しない諸変形形態は、本発明の範囲内にあるものとする。そうした変形形態は、本発明の精神および範囲から逸脱するものと見なされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による統合型バスバーを含む燃料電池システムの斜視図である。
【図２】図１の燃料電池システムの分解斜視図である。
【図３】高電圧外部ワイヤで直列に接続された別々の燃料電池スタックを含む、従来技術の燃料電池システムの斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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