JP2006302640A - Supporting structure of fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a supporting structure improving high-density mounting of a fuel cell stack by fixing it to a member to a high-rigidity member. <P>SOLUTION: In the supporting structure of fuel cell stacks, provided with: fuel cell stacks 4; and end plates pinching and uniformly pressing the fuel cell stacks 4 from the laminating direction, plate-like fixing members 5, 6 coupling the ends of the fuel cell stacks 4 to each other are arranged in opposition along both side faces of the fuel cell stacks 4. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、車両搭載型の燃料電池に好適な燃料電池スタックの支持構造に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell stack support structure suitable for a vehicle-mounted fuel cell.

従来のスタックの支持構造では、スタックは発電反応にともないセルの積層方向に伸縮する。そのため、燃料ガスや冷却水を給排するためのマニホールドとスタックとの間にフレキシブル配管を介装していた（例えば、特許文献１、参照）。
特開２００１−１４３７４２号公報 In the conventional stack support structure, the stack expands and contracts in the cell stacking direction in response to a power generation reaction. For this reason, flexible piping is interposed between the manifold for supplying and discharging fuel gas and cooling water and the stack (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-143742 A

上記従来の燃料電池スタックの支持構造では、複数の燃料電池スタックから構成される場合、スタックの伸縮に対応してしっかりとした位置決めができないため、特に燃料電池スタックを複数配列したときにフレキシブル配管が多数必要となり、そのことが部品点数を増やし、スペース効率を悪化させていた。   In the conventional fuel cell stack support structure described above, when a plurality of fuel cell stacks are used, the flexible piping cannot be firmly positioned in response to the expansion and contraction of the stack. Many were required, which increased the number of parts and reduced the space efficiency.

そこで本発明では、燃料電池スタックを高剛性の固定部材であるサイドプレートに設置し、前記燃料電池スタックの支持剛性を向上することで、フレキシブル配管を必要とせず、実装密度を向上しうる支持構造を提供することを目的とする。   Therefore, in the present invention, the fuel cell stack is installed on a side plate that is a highly rigid fixing member, and the support rigidity of the fuel cell stack is improved, so that a flexible pipe is not required and the support density can be improved. The purpose is to provide.

積層方向から挟持し押圧するエンドプレートを備える燃料電池を複数備える燃料電池スタックの支持構造において、前記各々の燃料電池スタック両端のエンドプレートの少なくとも一方を連結する板状の固定部材を、前記各々の燃料電池スタックの両側面に沿って対向的に配設した。   In the support structure of a fuel cell stack including a plurality of fuel cells each having an end plate that is sandwiched and pressed from the stacking direction, a plate-like fixing member that connects at least one of the end plates at both ends of each of the fuel cell stacks, The fuel cell stacks were arranged opposite to each other along both side surfaces.

本発明によると、燃料電池スタックを複数備え、各々の燃料電池スタック両端のエンドプレートをスタック両側面に配した板状の固定部材により連結してあるので、燃料電池スタックに流体を供給するマニホールドと燃料電池スタックの間に、前記燃料電池スタックの伸縮により燃料ガス等の流体の漏れを防ぐフレキシブル配管を備える必要がなく、したがって部品点数を減らせる。また、配管のためのスペースが不要となるので燃料電池セルの積層数および実装密度を高めることができる。   According to the present invention, the fuel cell stack includes a plurality of fuel cell stacks, and the end plates at both ends of each fuel cell stack are connected by the plate-like fixing members disposed on both side surfaces of the stack. There is no need to provide a flexible pipe between the fuel cell stacks to prevent leakage of fluid such as fuel gas due to expansion and contraction of the fuel cell stack, thus reducing the number of parts. Further, since a space for piping is not necessary, the number of stacked fuel cells and the mounting density can be increased.

第1実施形態に用いる燃料電池システムの概略構成を図１から図３に示す。本実施形態において、燃料電池スタック４の構成について図１に基づき説明する。前記燃料電池スタック４は、燃料電池セルを複数積層し、その積層方向両側から均一に前記燃料電池セルを押圧する弾性体（図示せず）を挟持し、さらに積層方向に両側からエンドプレート１およびエンドプレート２により挟持して構成されている。なお、詳細は図示しないが燃料電池スタック４を構成する複数の燃料電池セルの電解質膜には燃料ガスや酸化剤ガスを供給するためのマニホールドを設けている。   A schematic configuration of the fuel cell system used in the first embodiment is shown in FIGS. In the present embodiment, the configuration of the fuel cell stack 4 will be described with reference to FIG. The fuel cell stack 4 stacks a plurality of fuel cells, sandwiches an elastic body (not shown) that presses the fuel cells uniformly from both sides in the stacking direction, and further end plates 1 and 2 from both sides in the stacking direction. It is configured to be sandwiched between end plates 2. Although not shown in detail, a manifold for supplying fuel gas and oxidant gas is provided on the electrolyte membrane of a plurality of fuel cells constituting the fuel cell stack 4.

図に示した５および６は本発明の固定部材に相当するサイドプレートであり、燃料電池スタックを車両フレームへ支持するためのマウント部材を兼ねて、鋼板等の高剛性部材から形成されている。これら一対のサイドプレート５，６により複数個（この場合３個）の燃料電池スタック４を固定する。前記燃料電池スタック４のサイドプレート５，６への配設方法について図２および図３の記載に基づいて説明する。予め燃料電池スタック４を固定する位置をサイドプレート５，６に定めておき、複数の燃料電池スタック４を並列に前記位置に配置し、エンドプレート１とエンドプレート２をそれぞれサイドプレート５，６に固定する。また、図３に示したように複数の燃料電池スタック４を鉛直方向に並べてサイドプレート５，６に固定してもよい。   5 and 6 shown in the drawing are side plates corresponding to the fixing member of the present invention, and are formed of a highly rigid member such as a steel plate, which also serves as a mount member for supporting the fuel cell stack to the vehicle frame. A plurality (three in this case) of fuel cell stacks 4 are fixed by the pair of side plates 5 and 6. A method of arranging the fuel cell stack 4 on the side plates 5 and 6 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. The positions where the fuel cell stack 4 is fixed are determined in advance on the side plates 5 and 6, the plurality of fuel cell stacks 4 are arranged in parallel at the positions, and the end plate 1 and the end plate 2 are respectively connected to the side plates 5 and 6. Fix it. Further, as shown in FIG. 3, a plurality of fuel cell stacks 4 may be arranged in the vertical direction and fixed to the side plates 5 and 6.

ここで、エンドプレート１とエンドプレート２とのサイドプレート５，６への固定方法として、エンドプレート１，２にボルト穴３０を設け、サイドプレート５，６に燃料電池スタック４のエンドプレート１，２を配設する部分に予めネジ穴３１を設けておく。そして、エンドプレート１，２とサイドプレート５，６の前記ボルト穴３０に図示しないボルトを通しサイドプレート５，６のネジ穴３１に締め付けることでエンドプレート１，２をサイドプレート５，６に締結する。   Here, as a method of fixing the end plate 1 and the end plate 2 to the side plates 5 and 6, bolt holes 30 are provided in the end plates 1 and 2, and the end plates 1 and 1 of the fuel cell stack 4 are provided in the side plates 5 and 6. A screw hole 31 is provided in advance in a portion where 2 is disposed. Then, the end plates 1 and 2 are fastened to the side plates 5 and 6 by passing bolts (not shown) through the bolt holes 30 of the end plates 1 and 2 and the side plates 5 and 6 and fastening them to the screw holes 31 of the side plates 5 and 6. To do.

燃料電池スタック４を冷却する冷却水や発電反応を生じさせる燃料ガスおよび酸化剤ガスを複数の燃料電池スタック４にほぼ均等に供給するマニホールド７とエンドプレート１またはエンドプレート２が接するように備える。なお、マニホールド７より燃料電池スタック４に流体を供給する際、マニホールド７とエンドプレート１またはエンドプレート２の接する面で、流体の漏れを確実に阻止するようにシールする。   The end plate 1 or the end plate 2 is provided in contact with the manifold 7 for supplying the cooling water for cooling the fuel cell stack 4 and the fuel gas and oxidant gas for generating a power generation reaction to the plurality of fuel cell stacks 4 almost evenly. When the fluid is supplied from the manifold 7 to the fuel cell stack 4, the surface where the manifold 7 and the end plate 1 or the end plate 2 are in contact is sealed so as to reliably prevent the fluid from leaking.

第１実施形態に用いた燃料電池システムの効果について説明する。燃料電池スタック４の運転温度と雰囲気温度の差による熱膨張や電解質膜の含水による膨張等によって作動中の燃料電池スタック４はセル積層方向に伸縮する。そのため、従来はマニホールド７と燃料電池スタック４との間に、燃料電池スタック４の積層方向への伸縮に応じて変形するフレキシブル配管を設置していた。このフレキシブル配管によりマニホールド７を通り燃料電池スタック４へ供給される燃料ガス等の漏れを阻止できていたが、フレキシブル配管を利用することで部品点数が増加し、スペース効率を悪化させていた。   The effect of the fuel cell system used in the first embodiment will be described. The operating fuel cell stack 4 expands and contracts in the cell stacking direction due to thermal expansion due to the difference between the operating temperature of the fuel cell stack 4 and the ambient temperature, expansion due to water content of the electrolyte membrane, and the like. Therefore, conventionally, a flexible pipe that is deformed according to expansion and contraction in the stacking direction of the fuel cell stack 4 has been installed between the manifold 7 and the fuel cell stack 4. Although this flexible piping could prevent leakage of fuel gas and the like supplied to the fuel cell stack 4 through the manifold 7, the use of the flexible piping increased the number of parts and deteriorated the space efficiency.

そこで、本発明では、燃料電池スタック４を複数備え、サイドプレート５，６にエンドプレート１，２を固定しており、燃料電池スタック４の伸縮を阻止しているため燃料電池スタック４に流体を供給するマニホールド７と燃料電池スタック４の間シールを備えることで燃料ガス等の漏れを防ぐことができフレキシブル配管を備える必要がない。したがって、部品点数を減らすことが可能となり、燃料電池スタック４のスペース効率を向上することが可能となる。また、前記フレキシブル配管を備えるスペースが不要となるので燃料電池スタック４のセルの積層数および実装密度を高めることができる。   Therefore, in the present invention, a plurality of fuel cell stacks 4 are provided, and the end plates 1 and 2 are fixed to the side plates 5 and 6, and the expansion and contraction of the fuel cell stack 4 is prevented. By providing a seal between the manifold 7 to be supplied and the fuel cell stack 4, leakage of fuel gas or the like can be prevented, and there is no need to provide flexible piping. Therefore, the number of parts can be reduced, and the space efficiency of the fuel cell stack 4 can be improved. Moreover, since the space provided with the flexible piping is not necessary, the number of stacked cells and the mounting density of the fuel cell stack 4 can be increased.

燃料電池スタック４を設置するサイドプレート５，６は高剛性部材より構成されているため、複数の燃料電池スタック４の強度を増す部品を備える必要がない。したがって、その部品のための空間を節約できると共に、十分な強度を確保することが可能となる。   Since the side plates 5 and 6 on which the fuel cell stack 4 is installed are made of a highly rigid member, it is not necessary to provide parts that increase the strength of the plurality of fuel cell stacks 4. Therefore, it is possible to save a space for the part and to secure a sufficient strength.

サイドプレート５，６は高剛性の部材からなり、車両フレームへの支持締結構造を有するので、高剛性部材としての性質を兼ねるため支持締結構造を簡略化することが可能となりスペース効率を向上することが可能となる。   Since the side plates 5 and 6 are made of a highly rigid member and have a support fastening structure to the vehicle frame, the support fastening structure can be simplified to improve the space efficiency. Is possible.

第２〜第３実施形態について第１実施形態と異なる部分を中心に図４から図６に基づき説明する。本実施形態では、サイドプレート１０，１１には、燃料電池スタック４の側面との対向面に燃料電池セルの積層方向に沿って溝１６を形成すると共に、エンドプレート８，９には、前記溝１６と嵌合するように突起部１５を形成した。   The second to third embodiments will be described with reference to FIGS. 4 to 6 with a focus on differences from the first embodiment. In the present embodiment, the side plates 10 and 11 are formed with grooves 16 along the stacking direction of the fuel cells on the surface facing the side surface of the fuel cell stack 4, and the end plates 8 and 9 have the grooves The protrusion 15 was formed so as to be fitted with 16.

ただし、図６に示したものでは、サイドプレート一体型部材１２は、並列的に配設した複数の燃料電池スタック４に共通の部材として形成すると共に、相対するサイドプレート１０，１１の前記燃料電池スタック４の配設方向の端部を相互に連結して筒状に形成した。サイドプレート一体型部材１２にも図６に示したように、燃料電池スタック４の側面との対向面にエンドプレート８，９に形成した突起部１５と嵌合するように、燃料電池セルの積層方向に沿って溝１６を形成した。   However, in the structure shown in FIG. 6, the side plate integrated member 12 is formed as a common member for the plurality of fuel cell stacks 4 arranged in parallel, and the fuel cells of the side plates 10 and 11 facing each other. The ends of the stack 4 in the arrangement direction were connected to each other to form a cylinder. As shown in FIG. 6, the side plate integrated member 12 also has a stack of fuel cells so that the protrusions 15 formed on the end plates 8 and 9 are fitted on the surface facing the side surface of the fuel cell stack 4. A groove 16 was formed along the direction.

サイドプレート一体型部材１２に燃料電池スタック４を設置した状態で、マニホールド１３を通過した燃料ガス等が燃料電池スタック４と接する面において確実に漏れを阻止するように設置し、マニホールド１３と燃料電池スタック４を挟んで対向する面に後方部蓋１４を備える。   In a state where the fuel cell stack 4 is installed on the side plate integrated member 12, the fuel gas or the like that has passed through the manifold 13 is installed so as to surely prevent leakage on the surface in contact with the fuel cell stack 4. A rear cover 14 is provided on the opposing surface across the stack 4.

サイドプレート５，６、サイドプレート１０，１１、およびサイドプレート一体型部材１２は、高剛性部材を兼ねているため、燃料電池スタック４の周辺部品（たとえば、燃料電池セル電圧測定ユニット、ハーネス等）を固定する機能を持たせてもよいし、サイドプレートとして絶縁性を有する部材を使用してもよい。   Since the side plates 5 and 6, the side plates 10 and 11, and the side plate integrated member 12 also serve as high-rigidity members, peripheral components of the fuel cell stack 4 (for example, a fuel cell voltage measuring unit, a harness, etc.) May be provided, or an insulating member may be used as the side plate.

サイドプレート１０，１１には、燃料電池スタック４の側面との対向面に燃料電池セルの積層方向に沿って溝１６を形成すると共に、エンドプレート８，９には、前記溝１６と嵌合するように突起部１５を形成したことで組付けが容易となる。すなわち、エンドプレートの突起部１５をサイドプレートの溝１６に嵌合させながらスタック４を挿入することで、サイドプレート１０，１１に対し、大型または重量のあるスタック４の組み付けと位置決めを容易に行えるので、組立作業が容易になる。   In the side plates 10 and 11, grooves 16 are formed along the fuel cell stacking direction on the surface facing the side surface of the fuel cell stack 4, and the end plates 8 and 9 are fitted with the grooves 16. As a result of forming the protrusions 15 in this way, assembly becomes easy. That is, by inserting the stack 4 while fitting the projection 15 of the end plate into the groove 16 of the side plate, it is possible to easily assemble and position the large or heavy stack 4 with respect to the side plates 10 and 11. Therefore, the assembling work becomes easy.

マニホールド１３がエンドプレート８，９に接するように設置し、マニホールド１３と燃料電池スタック４を挟んで対向する面に後方部蓋１４を備えることで、車両用燃料電池の剛性を向上させることができる。さらに、サイドプレート一体型部材１２に燃料電池スタック４を組み付ける際、燃料電池スタック４の伸縮に対応するようにフレキシブル配管等を設置する必要がなく、部品点数を削減することが可能となり、コストおよび重量の低減が可能となる。   The manifold 13 is installed so as to be in contact with the end plates 8 and 9, and the rear cover 14 is provided on the surface facing the manifold 13 and the fuel cell stack 4, so that the rigidity of the vehicular fuel cell can be improved. . Furthermore, when assembling the fuel cell stack 4 to the side plate integrated member 12, there is no need to install flexible piping or the like so as to correspond to the expansion and contraction of the fuel cell stack 4, and it is possible to reduce the number of parts, Weight can be reduced.

サイドプレート５，６、サイドプレート１０，１１、およびサイドプレート一体型部材１２に燃料電池スタック４の周辺部品を固定する機能を持たせることにより、周辺部品を固定する固定用部材を削減することができ、コストおよび重量の低減が可能となる。   By providing the side plates 5 and 6, the side plates 10 and 11, and the side plate integrated member 12 with a function of fixing peripheral components of the fuel cell stack 4, it is possible to reduce fixing members for fixing the peripheral components. And cost and weight can be reduced.

サイドプレート５，６、サイドプレート１０，１１、およびサイドプレート一体型部材１２の材質を電気絶縁材とすることにより、燃料電池スタック４のセパレータから燃料電池スタック４と接するサイドプレート５，６、サイドプレート１０，１１、およびサイドプレート一体型部材１２への絶縁構造を容易に取りうる。   By making the materials of the side plates 5 and 6, the side plates 10 and 11, and the side plate integrated member 12 into an electrical insulating material, the side plates 5 and 6 that contact the fuel cell stack 4 from the separator of the fuel cell stack 4, the side Insulating structures to the plates 10 and 11 and the side plate integrated member 12 can be easily taken.

さらに、絶縁材は断熱効果もあるので、燃料電池スタック４の保温が可能となり、特に低温起動時の暖機を促進することが可能となる。   Furthermore, since the insulating material also has a heat insulating effect, it is possible to keep the fuel cell stack 4 warm, and in particular, it is possible to promote warm-up at low temperature startup.

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の技術的思想の範囲内で当業者がなしうるさまざまな改良、変更が含まれることは明白である。
It is obvious that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various improvements and modifications that can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the invention described in the claims. .

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの外観斜視図である。1 is an external perspective view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記第１の実施形態に係る燃料電池スタックを横方向に複数組み付けた実施形態を示す組立図である。FIG. 3 is an assembly diagram showing an embodiment in which a plurality of fuel cell stacks according to the first embodiment are assembled in the lateral direction. 前記第１の実施形態の燃料電池スタックを縦方向に複数組み付けた実施形態を示す組立図である。FIG. 2 is an assembly diagram showing an embodiment in which a plurality of fuel cell stacks of the first embodiment are assembled in the vertical direction. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the fuel cell stack which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記第２の実施形態に係る燃料電池スタックを縦方向に複数組み付けた実施形態を示す組立図である。FIG. 5 is an assembly diagram showing an embodiment in which a plurality of fuel cell stacks according to the second embodiment are assembled in the vertical direction. 前記第２の実施形態に係る燃料電池スタックを縦方向に複数組み付けた他の実施形態を示す組立図である。FIG. 6 is an assembly diagram showing another embodiment in which a plurality of fuel cell stacks according to the second embodiment are assembled in the vertical direction.

符号の説明Explanation of symbols

１ エンドプレート
２ エンドプレート
４ 燃料電池スタック
５ サイドプレート
６ サイドプレート
７ マニホールド
８ エンドプレート
９ エンドプレート
１０ サイドプレート
１１ サイドプレート
１２ サイドプレート一体型部材
１３ マニホールド
１４ 後方部蓋
１５ 突起部
１６ 溝
１７ 溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 End plate 2 End plate 4 Fuel cell stack 5 Side plate 6 Side plate 7 Manifold 8 End plate 9 End plate 10 Side plate 11 Side plate 12 Side plate integrated member 13 Manifold 14 Back part cover 15 Protrusion part 16 Groove 17 Groove

Claims (6)

積層方向から挟持し押圧するエンドプレートを備える燃料電池を複数備える燃料電池スタックの支持構造において、
前記各々の燃料電池スタック両端のエンドプレートの少なくとも一方を連結する板状の固定部材を、
前記各々の燃料電池スタックの両側面に沿って対向的に配設したことを特徴とする燃料電池スタックの支持構造。 In the support structure of the fuel cell stack including a plurality of fuel cells including end plates that are sandwiched and pressed from the stacking direction,
A plate-like fixing member for connecting at least one of the end plates at both ends of each fuel cell stack;
A support structure for a fuel cell stack, wherein the fuel cell stack is disposed so as to face both side surfaces of each fuel cell stack. 前記固定部材は前記燃料電池スタックを車両フレームに支持するマウント部材を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタックの支持構造。   2. The fuel cell stack support structure according to claim 1, wherein the fixing member also serves as a mount member for supporting the fuel cell stack on a vehicle frame. 前記固定部材には、前記燃料電池スタックの側面との対向面にセル積層方向に沿って溝を形成すると共に、前記エンドプレートには前記溝と嵌合する突起部を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタックの支持構造。   The fixing member is formed with a groove along the cell stacking direction on the surface facing the side surface of the fuel cell stack, and the end plate is formed with a protrusion that fits into the groove. The fuel cell stack support structure according to claim 1 or 2. 前記固定部材は、並列的に配設した複数の燃料電池スタックに共通の部材として形成すると共に、相対する前記固定部材の前記燃料電池スタック配設方向の端部を相互に連結して筒状に形成したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の燃料電池スタックの支持構造。   The fixing member is formed as a common member for a plurality of fuel cell stacks arranged in parallel, and ends of the fixing members facing each other in the fuel cell stack arranging direction are connected to each other to form a cylinder. 4. The fuel cell stack support structure according to claim 1, wherein the support structure is formed. 前記固定部材は、燃料電池の周辺部品を固定するブラケットを兼ねることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の燃料電池スタックの支持構造。   5. The fuel cell stack support structure according to claim 1, wherein the fixing member also serves as a bracket for fixing peripheral components of the fuel cell. 6. 前記固定部材は、電気絶縁性を有する部材からなることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の燃料電池スタックの支持構造。   6. The fuel cell stack support structure according to claim 1, wherein the fixing member is made of an electrically insulating member.
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