JP2006179220A - 燃料電池ターミナル構造及び燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の小型化を図ること。
【解決手段】従来の燃料電池は、セル積層体12の両端面に配置される第１及び第２のターミナルプレート13，14と、第１ターミナルプレート13の外側に配置される第１絶縁板15と、第２ターミナルプレート14の外側に配置される第２絶縁板16と、第１絶縁板15の外側に配置される第１エンドプレート17と、第２絶縁板16の外側に配置されるプレッシャープレート18と、同プレート18の外側にスプリング19を介して配置される第２エンドプレート20とを備える。これに対し、本発明の燃料電池１は、プレッシャープレート２におけるセル積層体12との対向端面に導電処理を施し、同プレート２のそれ以外の面に絶縁処理を施すことで、従来の部材14，16を省略し、第１エンドプレート８の内側面に導電処理を施し、同プレート８のそれ以外の面に絶縁処理を施すことで、従来の部材13，15を省略している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、燃料電池システムに使用される燃料電池に係り、詳しくは、燃料電池ターミナル構造及び燃料電池の構造に関する。

従来、この種の燃料電池の構造については、例えば、下記の特許文献１及び２に記載されている。図７に、それら燃料電池の概略構造を断面図により示す。この燃料電池１１は、複数の単セルを積層してなるセル積層体１２の両端に第１ターミナルプレート１３及び第２ターミナルプレート１４が配置され、各ターミナルプレート１３，１４の外側に樹脂製の第１絶縁板１５と第２絶縁板１６がそれぞれ配置され、第１絶縁板１５の外側には第１エンドプレート１７が配置され、第２絶縁板１６の外側には、プレッシャープレート１８が配置され、そのプレッシャープレート１８の外側には、スプリング１９を介して第２エンドプレート２０が配置される。これらの部材１２〜２０は、両端のエンドプレート１７，２０を上下の締結板２１で互いに締結することで、締め付けられて積層されている。

特開平１１−２３３１３２号公報（第３−４頁、図１） 特開２００２−１２４２９１号公報（第３−４頁、図１） 特開２００４−１５２６８４号公報 特開２００４−１５８３４１号公報

ところで、上記した燃料電池は、例えば、燃料電池システムのパッケージ（ケーシング）内に収容されて使われることがあり、このような燃料電池システムの一般普及が期待されている。そのために、燃料電池の小型化や部品点数の削減が要望されている。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、小型化を図ることを可能とした燃料電池ターミナル構造及び燃料電池を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、燃料電池セルに対向し燃料電池の発電電力を外部負荷に導出する燃料電池ターミナル構造において、燃料電池セルに対向する端面に導電処理が施され、その端面以外の面の少なくとも導電性部材に接触する部分に絶縁処理が施されていることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、従来の燃料電池におけるターミナルプレートと、プレッシャープレートと、絶縁板とで構成される燃料電池ターミナル構造に対し、実質的にターミナルプレートと絶縁板が省略されるので、ターミナルプレートと絶縁板の分だけ燃料電池ターミナル構造の厚みが小さくなり、部品点数が削減される。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、燃料電池セルを積層したセル積層体と、セル積層体の積層方向の一端面側に配置される第１燃料電池ターミナルと、セル積層体の積層方向の他端面側に配置される第２燃料電池ターミナルと、第１燃料電池ターミナルと第２燃料電池ターミナルが互いに近づく方向に付勢する付勢手段と、第１燃料電池ターミナルの外側に押圧手段を介して配置される第１エンドプレートとを備え、第１燃料電池ターミナルはセル積層体に対向する端面に導電処理が施され、端面以外の面の少なくとも導電性部材に接触する部分に絶縁処理が施されていることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、従来の燃料電池の構造に対し、実質的に第２ターミナルプレートと第２絶縁板が省略されるので、第２のターミナルプレートと第２絶縁板の分だけ燃料電池の寸法が小さくなり、部品点数が削減される。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、燃料電池セルを積層したセル積層体と、セル積層体の積層方向の一端面側に配置される第１燃料電池ターミナルと、セル積層体の積層方向の他端面側に配置される第２燃料電池ターミナルと、第１燃料電池ターミナルと第２燃料電池ターミナルが互いに近づく方向に付勢する付勢手段とを備え、第２燃料電池ターミナルはセル積層体に対向する端面に導電処理が施され、その端面以外の面の少なくとも導電性部材に接触する部分に絶縁処理が施されていることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、従来の燃料電池の構造に対し、実質的に第１ターミナルプレートと第１絶縁板が省略されるので、第１ターミナルプレートと第１絶縁板の分だけ燃料電池の寸法が小さくなり、部品点数が削減される。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、燃料電池セルを積層したセル積層体と、セル積層体の積層方向の一端面側に配置される第１燃料電池ターミナルと、セル積層体の積層方向の他端面側に配置される第２燃料電池ターミナルと、第１燃料電池ターミナルと第２燃料電池ターミナルが互いに近づく方向に付勢する付勢手段と、第１燃料電池ターミナルの外側に押圧手段を介して配置される第１エンドプレートとを備え、第１燃料電池ターミナルはセル積層体に対向する端面に導電処理が施され、その端面以外の面の少なくとも導電性部材に接触する部分に絶縁処理が施され、第２燃料電池ターミナルはセル積層体に対向する端面に導電処理が施され、その端面以外の面の少なくとも導電性部材に接触する部分に絶縁処理が施されていることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、従来の燃料電池の構造に対し、実質的に第２ターミナルプレートと第２絶縁板が省略されるので、第２のターミナルプレートと第２絶縁板の分だけ燃料電池の寸法が小さくなり、部品点数が削減される。併せて、実質的に第１ターミナルプレートと第１絶縁板が省略されるので、第１ターミナルプレートと第１絶縁板の分だけ燃料電池の寸法が更に小さくなり、部品点数が更に削減される。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項２又は４に記載の発明において、第１燃料電池ターミナルは、押圧手段に接する部位の絶縁処理の厚さを、押圧手段に接する部位以外の部位の絶縁処理の厚さより厚くされていることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２又は４に記載の発明の作用に加え、第１燃料電池ターミナルにおいて、絶縁処理を施した部位の押圧手段に対する剛性が高くなる。

請求項１に記載の発明によれば、燃料電池ターミナル構造の薄型化と低コスト化を図ることができ、ひいては、その燃料電池ターミナル構造を採用した燃料電池の小型化と低コスト化に寄与する。

請求項２乃至４の何れかに記載の発明によれば、燃料電池の小型化と低コスト化を図ることができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項２又は４に記載の発明の効果に加え、電気的なリーク防止の効果を高めることができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の燃料電池ターミナル構造及び燃料電池を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態における燃料電池の概略構造を断面図により示す。この燃料電池は、従来の燃料電池の構造を改良したものである。図７に示すように、従来の燃料電池１１は、複数の単セル（燃料電池セル）を積層してなるセル積層体１２と、そのセル積層体１２の両端面に配置される一対をなす第１ターミナルプレート１３及び第２ターミナルプレート１４と、第１ターミナルプレート１３の外側に配置される樹脂製の第１絶縁板１５と、第２ターミナルプレート１４の外側に配置される樹脂製の第２絶縁板１６と、第１絶縁板１５の外側に配置される第１エンドプレート１７と、第２絶縁板１６の外側に配置されるプレッシャープレート１８と、プレッシャープレート１８の外側に、押圧手段としてのスプリング１９を介して配置される第２エンドプレート２０と、これらの部材１２〜２０を締め付ける上下の締結板２１とを備える。

上記した従来の燃料電池１１の構造に対し、この実施形態の燃料電池１は、プレッシャープレート２におけるセル積層体１２と対向する端面に導電処理を施し、プレッシャープレート２におけるそれ以外の面に絶縁処理を施すことで、従来の燃料電池１１における第２ターミナルプレート１４と第２絶縁板１６を省略している。すなわち、この実施形態で、プレッシャープレート２は、セル積層体１２の積層方向の一端面側に配置される本発明の第１燃料電池ターミナルに相当し、そのプレッシャープレート２はセル積層体１２に対向する端面に導電処理が施され、その端面以外の面に絶縁処理が施されている。このようにして、単セル（燃料電池セル）に対向し燃料電池１の発電電力を外部負荷に導出する一方の燃料電池ターミナル構造が構成される。具体的には、図２に示すように、プレッシャープレート２におけるセル積層体１２との対向面２ａ上には、金メッキ３が施されている。また、プレッシャープレート２におけるそれ以外の面２ｂには絶縁ライニング４（例えば、四フッ化樹脂ライニング）が施されている。この実施形態で、プレッシャープレート２は、ＳＵＳ、鋼材、銅、真ちゅう又はアルミ等を材料とする金属板により構成される。図３には、実際に使われるプレッシャープレート２の外観を斜視図により示す。このプレッシャープレート２の上端部には、配線用の電極取出部５が突設される。このプレッシャープレート２には、通気孔６と、スプリング１９を受けるための凹み７が設けられる。

一方、この実施形態では、第１エンドプレート８の内側面に導電処理を施し、その第１エンドプレート８におけるそれ以外の面に絶縁処理を施すことで、従来の燃料電池１１における第１ターミナルプレート１３と第１絶縁板１５を省略している。すなわち、この実施形態で、第１エンドプレート８は、セル積層体１２の積層方向の他端面側に配置される本発明の第２燃料電池ターミナルに相当し、第１エンドプレート８はセル積層体１２に対向する端面に導電処理が施され、その端面以外の面に絶縁処理が施されている。このようにして、単セル（燃料電池セル）に対向し燃料電池１の発電電力を外部負荷に導出する他方の燃料電池ターミナル構造が構成される。具体的には、図２に示すと同様、第１エンドプレート８におけるセル積層体１２との対向面８ａ上には、金メッキ３が施されている。また、第１エンドプレート８におけるそれ以外の面８ｂには絶縁ライニング４が施されている。図４には、実際に使われる第１エンドプレート８の外観を斜視図により示す。第１エンドプレート８の上端部には、配線用の電極取出部５が突設される。また、第１エンドプレート８には、複数の通気孔６と凹み７が設けられる。この実施形態で、第１エンドプレート８及び第２エンドプレート２０は、それぞれアルミ板より構成される。この実施形態では、プレッシャープレート２の外側にスプリング１９を介して配置される第２エンドプレート２０が、本発明の第１エンドプレートに相当する。

上記した各部材２，７，８，２０は、両端のエンドプレート８，２０を締結板２１で互いに締結することで、締め付けられて積層される。ここで、図１において、セル積層体１２と締結板２１との間の空間には、絶縁材を兼ねる断熱材としてパットシリコンが設けられる。この実施形態では、第１エンドプレート８、スプリング１９、第２エンドプレート２０及び締結板２１により、プレッシャープレート２と第１エンドプレート８が互いに近づく方向に付勢する本発明の付勢手段に相当する。

また、この実施形態で、プレッシャープレート２と第２エンドプレート２０との間に設けられる押圧手段としてのスプリング１９に対応して、プレッシャープレート２がスプリング１９に接する部位の絶縁処理の厚さを、スプリング１９に接する部位以外の部位の絶縁処理の厚さより厚くされている。具体的には、図５に示すように、スプリング１９に対応する凹み７の部分の絶縁ライニング４ａが、他の部位の絶縁ライニング４ｂに対し２倍程度厚く形成されている。

ここで、燃料電池ターミナルの導電処理は、少なくとも単セルに接触する面に施されていればよい。望ましくは、単セルに対向する端面全面に施されているとよい。更に望ましくは、外部負荷への電極取出部５については全周にわたって施されているとよい。一方、燃料電池ターミナルの絶縁処理は、導電性部材に接触するおそれのある部分にのみ施されていればよい。しかし、第２エンドプレート２０や締結板２１が導電性部材である場合（一般的には導電性部材）、それらに接触するおそれがある部分には施されていることが望ましい。なお、電極取出部５は締結板２１と接触しないようになっている。

以上説明したこの実施形態の燃料電池１の燃料電池ターミナル構造によれば、単セルに対向し燃料電池１の発電電力を外部負荷に導出する二つの燃料電池ターミナル構造のそれぞれにおいて、単セルに対向する端面に導電処理が施され、その端面以外の面に絶縁処理が施されている。従って、従来の燃料電池１１におけるターミナルプレート１４と、プレッシャープレート１８と、絶縁板１６とで構成される一方の燃料電池ターミナル構造に対し、実質的にターミナルプレート１４と絶縁板１６が省略されるので、ターミナルプレート１４と絶縁板１６の分だけ燃料電池ターミナル構造の厚みが小さくなり、部品点数が削減される。このため、一方の燃料電池ターミナル構造の薄型化と低コスト化を図ることができる。また、従来の燃料電池１１におけるターミナルプレート１３と、絶縁板１５と、第１エンドプレート１７ｔで構成される他方の燃料電池ターミナル構造に対し、実質的にターミナルプレート１３と絶縁板１５が省略されるので、ターミナルプレート１３と絶縁板１５の分だけ燃料電池ターミナル構造の厚みが小さくなり、部品点数が削減される。このため、他方の燃料電池ターミナル構造の薄型化と低コスト化を図ることができる。

また、この実施形態の燃料電池１によれば、従来の燃料電池１１の構造に対し、プレッシャープレー２におけるセル積層体１２と対向する端面２ａに金メッキ３により導電処理を施し、プレッシャープレート２におけるそれ以外の面２ｂに絶縁ライニング４により絶縁処理を施すことで、従来の第２ターミナルプレート１４と第２絶縁板１６を省略したので、それらの部品１４，１６の分だけ燃料電池１の寸法が小さくなり、部品点数が削減される。併せて、従来の燃料電池１１の構造に対し、第１エンドプレート８の内側面８ａに金メッキ３により導電処理を施し、第１エンドプレート８におけるそれ以外の面８ｂに絶縁ライニング４により絶縁処理を施すことで、従来の第１ターミナルプレート１３と第１絶縁板１５を省略したので、それらの部材１３，１５の分だけ燃料電池１の寸法が更に小さくなり、部品点数が更に削減される。このため、燃料電池１の小型化を図ることができ、燃料電池１の低コスト化を図ることができる。これにより、燃料電池１を、燃料電池システムのパッケージ内にコンパクトに収容することができ、燃料電池システムの小型化と低コスト化を図ることができ、同システムの一般普及を促進することができる。また、この実施形態の燃料電池１では、従来の樹脂製の第１絶縁板１５及び第２絶縁板１６を省略したので、クリープに起因するセル積層体１２の積層方向における面圧変化を抑制することができる。更に、この実施形態の燃料電池１では、従来の第２ターミナルプレート１４及び第２絶縁板１６、並びに、従来の第１ターミナルプレート１３及び第１絶縁板１５を省略したので、その分だけシール構造の簡素化を図ることができる。

この実施形態では、プレッシャープレート２がスプリング１９に接する部位の絶縁ライニング４ａの厚さを他よりも相対的に厚くしたので、その部位のスプリング１９に対する剛性が高くなる。このため、電気的なリーク防止の効果を高めることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の燃料電池を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下に説明する各実施形態（第２実施形態を含む。）において、第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

図６に、この実施形態における燃料電池の概略構造を断面図により示す。この実施形態の燃料電池９では、従来の燃料電池１１に対し、図６の右側のみに対応して、プレッシャープレート２におけるセル積層体１２と対向する端面に導電処理を施し、プレッシャープレート２におけるそれ以外の面に絶縁処理を施すことで、従来の燃料電池１１における第２ターミナルプレート１４と第２絶縁板１６のみを省略した点で第１の実施形態と構成が異なる。

従って、この実施形態の燃料電池９によっても、第１実施形態と比べて作用効果に多少の違いはあるものの、従来の第２のターミナルプレート１４と第２絶縁板１６を省略した分だけ燃料電池９の寸法が小さくなり、部品点数が削減される。このため、燃料電池９の小型化を図ることができ、燃料電池９の低コスト化を図ることができる。これにより、燃料電池９を、燃料電池システムのパッケージ内にコンパクトに収容することができ、燃料電池システムの小型化と低コスト化を図ることができ、同システムの一般普及を促進することができる。その他の作用効果は、第１実施形態のそれと同等である。

尚、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することができる。

（１）前記第２実施形態とは異なり、第１エンドプレートの内側面に導電処理を施し、その第１エンドプレートにおけるそれ以外の面に絶縁処理を施すことで、従来の燃料電池における第１ターミナルプレート１３と第１絶縁板１５のみを省略してもよい。この場合も、作用効果に多少の違いはあるものの、部品１３，１５を省略した分だけ燃料電池の寸法が小さくなり、部品点数が削減される。このため、燃料電池の小型化を図ることができ、燃料電池の低コスト化を図ることができる。

（２）前記各実施形態において、絶縁ライニング４の代わりに絶縁コーティングを施してもよい。

（３）前記各実施形態では、第１エンドプレート８、スプリング１９、第２エンドプレート２０及び締結板２１により付勢手段を構成したが、この付勢手段を、ボルトにより締結する構成にしてもよい。

燃料電池の概略構造を示す断面図。 プレッシャープレート、第２エンドプレートの部分拡大断面図。 プレッシャープレートを示す斜視図。 第２エンドプレートを示す斜視図。 プレッシャープレートの部分拡大断面図。 燃料電池の概略構造を示す断面図。 従来の燃料電池の概略構造を示す断面図。

符号の説明

１ 燃料電池
２ プレッシャープレート（第１燃料電池ターミナル）
２ａ 対向面
２ｂ 以外の面
３ 金メッキ
４ 絶縁ライニング
７ 凹み
８ 第１エンドプレート（第２燃料電池ターミナル、付勢手段）
８ａ 対向面
８ｂ 以外の面
９ 燃料電池
１２ セル積層体
１３ 第１ターミナルプレート
１４ 第２ターミナルプレート
１５ 第１絶縁板
１６ 第２絶縁板
１７ 第１エンドプレート
１８ プレッシャープレート
１９ スプリング（押圧手段、付勢手段）
２０ 第２エンドプレート（付勢手段）
２１ 締結板（付勢手段）

Claims (5)

1. 燃料電池セルに対向し燃料電池の発電電力を外部負荷に導出する燃料電池ターミナル構造において、
   前記燃料電池セルに対向する端面に導電処理が施され、前記端面以外の面の少なくとも導電性部材に接触する部分に絶縁処理が施されていることを特徴とする燃料電池ターミナル構造。
2. 燃料電池セルを積層したセル積層体と、
   前記セル積層体の積層方向の一端面側に配置される第１燃料電池ターミナルと、
   前記セル積層体の積層方向の他端面側に配置される第２燃料電池ターミナルと、
   前記第１燃料電池ターミナルと前記第２燃料電池ターミナルが互いに近づく方向に付勢する付勢手段と、
   前記第１燃料電池ターミナルの外側に押圧手段を介して配置される第１エンドプレートとを備え、
   前記第１燃料電池ターミナルは前記セル積層体に対向する端面に導電処理が施され、前記端面以外の面の少なくとも導電性部材に接触する部分に絶縁処理が施されていることを特徴とする燃料電池。
3. 燃料電池セルを積層したセル積層体と、
   前記セル積層体の積層方向の一端面側に配置される第１燃料電池ターミナルと、
   前記セル積層体の積層方向の他端面側に配置される第２燃料電池ターミナルと、
   前記第１燃料電池ターミナルと前記第２燃料電池ターミナルが互いに近づく方向に付勢する付勢手段とを備え、
   前記第２燃料電池ターミナルは前記セル積層体に対向する端面に導電処理が施され、前記端面以外の面の少なくとも導電性部材に接触する部分に絶縁処理が施されていることを特徴とする燃料電池。
4. 燃料電池セルを積層したセル積層体と、
   前記セル積層体の積層方向の一端面側に配置される第１燃料電池ターミナルと、
   前記セル積層体の積層方向の他端面側に配置される第２燃料電池ターミナルと、
   前記第１燃料電池ターミナルと前記第２燃料電池ターミナルが互いに近づく方向に付勢する付勢手段と、
   前記第１燃料電池ターミナルの外側に押圧手段を介して配置される第１エンドプレートとを備え、
   前記第１燃料電池ターミナルは前記セル積層体に対向する端面に導電処理が施され、前記端面以外の面の少なくとも導電性部材に接触する部分に絶縁処理が施され、前記第２燃料電池ターミナルは前記セル積層体に対向する端面に導電処理が施され、前記端面以外の面の少なくとも導電性部材に接触する部分に絶縁処理が施されていることを特徴とする燃料電池。
5. 前記第１燃料電池ターミナルは、前記押圧手段に接する部位の絶縁処理の厚さを、前記押圧手段に接する部位以外の部位の絶縁処理の厚さより厚くされていることを特徴とする請求項２又は４に記載の燃料電池。

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