JP2008053111A - 燃料電池及びそれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】エンドプレート間の寸法が変動したり、エンドプレートに反りなどの変形が生じても、エンドプレートに取り付けたプレートへの影響を抑えることが可能な燃料電池及びそれを備えた車両を提供する。
【解決手段】セル積層体の両端にエンドプレート１５，１６が設けられた燃料電池スタック１１の周囲におけるエンドプレート１５，１６間に掛け渡すように、各種の部品が搭載されるプレート２１をエンドプレート１５，１６に締結して取り付ける。プレート２１は、少なくとも一方のエンドプレート１６との取付箇所において、締結用のボルト２６が挿通される挿通孔２５が、セル積層体の伸縮方向に沿う長孔とされ、これにより、エンドプレート１６との取付箇所が変位可能とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、セル積層体の両端にエンドプレートが設けられた燃料電池及びそれを備えた車両に関する。

水素と酸素の電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池は、電解質膜及びその両面に配置した一対の電極からなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と、これを挟持する一対のセパレータとで構成された燃料電池セルを有している。そして、この燃料電池セルは、全体として積層形態とされて両端側からエンドプレートによって挟んだ燃料電池スタックとされている。

また、この種の燃料電池には、燃料電池スタックの周囲をプレートによって覆い、これらプレートをエンドプレートに締結固定するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２０７０５４号公報

ところで、燃料電池スタックは、温度変化等によって伸縮するため、エンドプレート間の寸法も変動する。これにより、エンドプレートに固定したプレートの取り付け位置にずれが生じ、例えば、プレートが樹脂等から形成されている場合には、このプレートが損傷する虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、エンドプレート間の寸法が変動したり、エンドプレートに反りなどの変形が生じても、エンドプレートに取り付けたプレートへの影響を抑えることが可能な燃料電池及びそれを備えた車両を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、セル積層体の両端にエンドプレートが設けられた燃料電池スタックの周囲にて前記エンドプレート間に掛け渡すように装着体が前記エンドプレートに取り付けられた燃料電池であって、前記装着体は、少なくとも前記エンドプレートの一方において、その取付位置が変位可能とされている。

この構成によれば、セル積層体が温度変化等により伸縮してエンドプレート間の寸法が変動しても、少なくともエンドプレートの一方において、装着体の取付位置が変位可能とされているので、装着体へ無理な力が作用することがなく、エンドプレートに取り付けた装着体への影響を抑えることができる。これにより、装着体の破損等が抑えられる。

また、前記装着体は、前記エンドプレートに螺合されるボルトが挿通可能な挿通部を有し、該挿通部は、前記セル積層体の積層方向に沿う長孔からなるものでも良い。

この構成によれば、エンドプレートへ装着体を取り付けるボルトが長孔からなる挿通部内にて移動することが可能となり、エンドプレートへの装着体の取付位置を変位させることができる。

また、前記長孔は、その長手方向の一端側が開放されていても良い。この構成によれば、長孔へのボルトの挿通作業の容易化が図られる。

さらに、前記装着体は、前記エンドプレート同士を連結するテンションプレートに固定されたブラケットによって、少なくとも一方のエンドプレートに対して分離した状態に支持されていても良い。

この構成によれば、テンションプレートに固定されたブラケットによって装着体が支持され、少なくともエンドプレートの一方においてエンドプレートと分離されているので、セル積層体が温度変化等により伸縮してエンドプレート間の寸法が変動しても、エンドプレートに取り付けた装着体への影響を抑えることができる。

また、前記エンドプレートは、平面視長方形であり、前記エンドプレートの長辺部分に前記テンションプレートが固定され、前記エンドプレートの短辺部分に前記装着体が取り付けられていても良い。

この構成によれば、テンションプレートによってエンドプレート同士を長辺部分にて良好に連結することができる。また、反り等の変動が大きくなるエンドプレートの短辺部分では、少なくともエンドプレートの一方においてエンドプレートと分離されて装着体が支持されているので、エンドプレートの変形の影響を抑えることができる。

また、本発明の車両は、上記の燃料電池を備えた車両であって、前記装着体の前記取付位置の変位方向が走行方向に沿うように前記燃料電池が設置されている。

この構成によれば、例えば加減速等によって走行方向に沿う急激な力が作用することによりエンドプレート間の寸法が変動しても、少なくともエンドプレートの一方において、装着体の取付位置が変位可能とされているので、装着体へ無理な力が作用することがなく、エンドプレートに取り付けた装着体への影響を抑えることができ、装着体の破損等が抑えられる。

本発明によれば、エンドプレート間の寸法が変動したり、エンドプレートに反りなどの変形が生じても、エンドプレートに取り付けたプレートへの影響を抑えることができる。

次に、本発明に係る燃料電池の一実施の形態を説明する。以下、この燃料電池を車両に搭載した場合について説明するが、本発明はこのような適用例に限らず、船舶，航空機，電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体への適用や、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムへの適用も可能である。

（第１実施形態）
図１及び図２に示すように、燃料電池を構成する燃料電池スタック１１は、一対の長方形状のエンドプレート１５，１６の長辺部分における中央部を、テンションプレート１７で連結して外側部分が構成されており、これらエンドプレート１５，１６及びテンションプレート１７は例えばジュラルミン等で形成されている。

そして、エンドプレート１５，１６の間には、燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて発電するセル２１を所要数積層してなるセル積層体２２が配置されており、セル２１の積層方向が車両の走行方向である前後方向に沿うように、エンドプレート１５側を基準として設置されている。

上記構成の燃料電池スタック１１には、その一側面に、プレート（装着体）２１が取り付けられている。このプレート２１は、リレーやバスバーなどの電装部品が搭載されるもので、漏電を防ぐため、例えば、合成樹脂等の絶縁材料から形成されている。

このプレート２１には、一端側に、ボルト２６が挿通される挿通孔（挿通部）２３が形成されている。そして、この挿通孔２３にボルト２６を挿通させ、エンドプレート１５の短辺部分に形成されたネジ孔２４へねじ込むことにより、エンドプレート１５に締結固定されている。

また、図３にも示すように、プレート２１には、他端側に、長さ方向の一端側が開放された長孔からなる挿通孔２５が形成されている。そして、この挿通孔２５にボルト２６を挿通させ、エンドプレート１６の短辺部分に形成されたネジ孔２７へねじ込むことにより、プレート２１がエンドプレート１６に締結固定されている。

ここで、プレート２１の他端側に形成された挿通孔２５は、燃料電池スタック１１を構成するセル積層体２２のセル２１の積層方向に沿う長孔とされている。また、この挿通孔２５は、燃料電池スタック１１が車両に搭載された状態では、車両の前後方向（走行方向）に沿う長孔ともされている。

なお、プレート２１の他端をエンドプレート１６に締結固定するボルト２６には、そのねじ部に金属製の円筒状のカラー２８が取り付けられている。

ここで、燃料電池スタック１１を構成するセル積層体２２は、温度変化等によりセル２１の積層方向に伸縮する。このため、エンドプレート１５，１６間の寸法は、セル積層体２２の伸縮に伴って変動するが、プレート２１は、そのエンドプレート１６との締結箇所にて、ボルト２６が挿通される挿通孔２５が、セル積層体２２の伸縮方向に沿う長孔とされているので、エンドプレート１６へのプレート２１の取付位置が、セル積層体２２の伸縮に応じて変位する。

これにより、セル積層体２２が伸縮してもプレート２１へ無理な力が作用することがなく、プレート２１の破損等が抑えられる。

このように、上記第１実施形態に係る燃料電池によれば、プレート２１のエンドプレート１６との締結箇所におけるボルト２６の挿通孔２５が、セル積層体２２の伸縮方向に沿う長孔とされているので、エンドプレート１６へのプレート２１の取付位置をセル積層体２２の伸縮に応じて変位させることができ、エンドプレート１５，１６間の寸法が変動しても、エンドプレート１５，１６に締結したプレート２１への影響を抑えることができる。

また、この燃料電池を備えた車両によれば、燃料電池スタック１１を、そのセル積層体２２の積層方向が車両の前後方向に沿うように設置したことにより、プレート２１のエンドプレート１６に対して取付位置の変位方向が車両の走行方向に沿わされているので、例えば加減速等によって走行方向に沿う急激な力が作用することにより、エンドプレート１５，１６間の寸法が変動しても、エンドプレート１５，１６に取り付けたプレート２１への影響を抑えることができ、プレート２１の破損等が抑えられる。

なお、上記実施形態では、プレート２１の挿通孔２５の一端側を開放させたが、この挿通孔２５としては、長孔であれば両端とも開放していなくても良い。また、上記実施形態では、プレート２１のエンドプレート１６との固定箇所における挿通孔２５を長孔として、取付位置を変位可能としたが、エンドプレート１５との取付箇所も変位可能としても良い。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る燃料電池について説明する。なお、上記第１実施形態と同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、この燃料電池スタック１１では、コ字状に屈曲させたブラケット３１が用いられている。このブラケット３１は、プレート２１の外面に固定される固定部３１ａと、この固定部３１ａの両端から同一方向へ延在する支持部３１ｂと、を備えている。

そして、このブラケット３１は、その固定部３１ａがボルト３２によって、プレート２１のエンドプレート１６側の端部近傍に固定されており、また、支持部３１ｂの先端部がボルト３３によってテンションプレート１７に固定されている。つまり、プレート２１は、テンションプレート１７に固定されたブラケット３１によってテンションプレート１７に支持され、エンドプレート１６とは分離されている。

この第２実施形態に係る燃料電池では、燃料電池スタック１１を構成するセル積層体２２の温度変化等によりセル積層体２２が伸縮すると、エンドプレート１５，１６間の寸法が変動するが、プレート２１は、当該プレート２１よりも高剛性（高強度）であるがゆえにセル積層体２２の伸縮による影響が少ないテンションプレート１７に、ブラケット３１を介して支持されているので、エンドプレート１６に反り等の変形が生じたとしてもプレート２１へ無理な力が作用することがなく、プレート２１の破損等が抑えられる。

このように、上記第２実施形態に係る燃料電池の場合も、プレート２１をセル積層体２２の伸縮による影響の少ないテンションプレート１７に支持した構造であるので、エンドプレート１６の変形のプレート２１への影響を極力抑えることができる。

特に、平面視長方形のエンドプレート１５，１６の長辺部分をテンションプレート１７によって連結したので、テンションプレート１７によってエンドプレート１５，１６同士を長辺部分にて良好に連結することができる。このとき、エンドプレート１５，１６の短辺部分では、エンドプレート１５，１６の反り等の変動が比較的大きいが、エンドプレート１６においてブラケット３１によってプレート２１を分離させて支持しているので、エンドプレート１５，１６の変形によるプレート２１への影響を抑えることができる。

第１実施形態に係る燃料電池の斜視図である。 第１実施形態に係る燃料電池の分解斜視図である。 第１実施形態に係る燃料電池の一部の斜視図である。 第２実施形態に係る燃料電池の一部の斜視図である。

符号の説明

１１…燃料電池スタック、１５，１６…エンドプレート、１７…テンションプレート、２１…プレート（装着体）、２２…セル積層体、２５…挿通孔（挿通部）、２６…ボルト、２７…ネジ孔、３１…ブラケット。

Claims (6)

1. セル積層体の両端にエンドプレートが設けられた燃料電池スタックの周囲にて前記エンドプレート間に掛け渡すように装着体が前記エンドプレートに取り付けられた燃料電池であって、
   前記装着体は、少なくとも前記エンドプレートの一方において、その取付位置が変位可能とされている燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記装着体は、前記エンドプレートに螺合されるボルトが挿通可能な挿通部を有し、該挿通部は、前記セル積層体の積層方向に沿う長孔からなる燃料電池。
3. 請求項２に記載の燃料電池であって、
   前記長孔は、その長手方向の一端側が開放されている燃料電池。
4. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記装着体は、前記エンドプレート同士を連結するテンションプレートに固定されたブラケットによって、少なくとも一方のエンドプレートに対して分離した状態に支持されている燃料電池。
5. 請求項４に記載の燃料電池であって、
   前記エンドプレートは、平面視長方形であり、前記エンドプレートの長辺部分に前記テンションプレートが固定され、前記エンドプレートの短辺部分に前記装着体が取り付けられている燃料電池。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池を備えた車両であって、
   前記装着体の前記取付位置の変位方向が走行方向に沿うように前記燃料電池が設置されている車両。

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