JP5078598B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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Description

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルを設け、前記発電セルが複数積層された積層体の積層方向両端にターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設されるとともに、各ターミナルプレートから外方に突出して電力取り出し端子が設けられる燃料電池スタックに関する。   The present invention provides a power generation cell having an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte and a separator, and a terminal plate and an insulating plate at both ends in the stacking direction of the stacked body in which a plurality of the power generation cells are stacked. Further, the present invention relates to a fuel cell stack in which an end plate is disposed and an electric power extraction terminal is provided so as to protrude outward from each terminal plate.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (an electrolyte / electrode structure) in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane, respectively. ) Is held by a separator. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.

この種の燃料電池スタックでは、通常、発電セルが複数積層された積層体の積層方向両端に、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設されている。ターミナルプレートは、積層体からの発電電力を外部に取り出すために電力取り出し端子を備えており、この電力取り出し端子は、コンタクタ（又はリレー）に接続されてモータ等の外部負荷に対して電力の供給を行っている。   In this type of fuel cell stack, normally, a terminal plate, an insulating plate, and an end plate are disposed at both ends in the stacking direction of a stacked body in which a plurality of power generation cells are stacked. The terminal plate is provided with a power extraction terminal for extracting the generated power from the laminate to the outside, and this power extraction terminal is connected to a contactor (or relay) to supply power to an external load such as a motor. It is carried out.

例えば、特許文献１に開示された燃料電池の端子装置では、図７に示すように、単位セル１とバイポーラプレート２とが交互に積層されるとともに、積層方向両端には、それぞれハーフプレート２ａ、ターミナルプレート３及び絶縁板４を介装してエンドプレート５が配置されている。   For example, in the fuel cell terminal device disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 7, the unit cells 1 and the bipolar plates 2 are alternately stacked, and half plates 2a, An end plate 5 is disposed with a terminal plate 3 and an insulating plate 4 interposed therebetween.

ターミナルプレート３には、極柱（電力取り出し端子）６が電気的に接続され、この極柱６が絶縁板４及びエンドプレート５を貫通して外部に突出している。極柱６は、絶縁スリーブ７に挿入されるとともに、ナット８を介して固定されている。極柱６には、図示しない高電圧ケーブル（導電部材）が接続され、このケーブルが図示しないコンタクタ等に接続されている。   A pole column (power extraction terminal) 6 is electrically connected to the terminal plate 3, and the pole column 6 penetrates the insulating plate 4 and the end plate 5 and protrudes to the outside. The pole 6 is inserted into the insulating sleeve 7 and fixed via a nut 8. A high voltage cable (conductive member) (not shown) is connected to the pole 6, and this cable is connected to a contactor or the like (not shown).

実開昭６１−７８６８号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-7868

ところで、この種の燃料電池は、ケーブルと周辺部品との絶縁及び防水を図る必要があり、前記ケーブルと極柱６との接続部位を樹脂ケーシングにより密閉する構造が採用されている。しかしながら、接続部位周辺に水素ガスのリークが発生すると、この水素ガスがケーブル等を通って他の部位に移動するという問題がある。   By the way, this type of fuel cell needs to insulate and waterproof the cable and peripheral components, and employs a structure in which a connection portion between the cable and the pole 6 is sealed with a resin casing. However, when hydrogen gas leaks around the connection site, there is a problem that the hydrogen gas moves to another site through a cable or the like.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、電力取り出し端子と導電部材との接続部位に漏れるガスを、良好に排出する一方、所望の防水性及び絶縁性を確保することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and can effectively discharge gas leaking to the connection portion between the power take-out terminal and the conductive member, while ensuring the desired waterproofness and insulation. An object is to provide a battery stack.

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルを設け、前記発電セルが複数積層された積層体の積層方向両端にターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設されるとともに、各ターミナルプレートから外方に突出して電力取り出し端子が設けられる燃料電池スタックに関するものである。   The present invention provides a power generation cell having an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte and a separator, and a terminal plate and an insulating plate at both ends in the stacking direction of the stacked body in which a plurality of the power generation cells are stacked. Further, the present invention relates to a fuel cell stack in which an end plate is disposed and a power extraction terminal is provided so as to protrude outward from each terminal plate.

この燃料電池スタックは、少なくとも一方の電力取り出し端子に電気的に接続され、前記燃料電池スタックの外方に延在する導電部材と、前記導電部材を収容するとともに、一方の前記電力取り出し端子と前記導電部材との接続部位を覆って漏れガス収容部を形成する電気絶縁性被覆部材と、前記漏れガス収容部に設けられ、エンドプレート側から前記漏れガス収容部に導入される漏れガスを外部に排出するためのガスフィルタとを備えている。   The fuel cell stack is electrically connected to at least one power extraction terminal, and extends to the outside of the fuel cell stack. The fuel cell stack accommodates the conductive member. An electrically insulating covering member that covers a connection portion with the conductive member to form a leakage gas storage portion, and the leakage gas that is provided in the leakage gas storage portion and is introduced into the leakage gas storage portion from the end plate side to the outside And a gas filter for discharging.

また、この燃料電池スタックは、電気絶縁性被覆部材の外部に、且つガスフィルタの上方に配置される水素検出センサを備えることが好ましい。   The fuel cell stack preferably includes a hydrogen detection sensor disposed outside the electrically insulating covering member and above the gas filter.

さらに、この燃料電池スタックは、一方の電力取り出し端子と導電部材とを固定する締結手段を備え、前記締結手段には、エンドプレート側から漏れガス収容部に漏れガスを案内するための漏れガス通路が形成されることが好ましい。   The fuel cell stack further includes fastening means for fixing one of the power extraction terminals and the conductive member, and the fastening means includes a leakage gas passage for guiding leakage gas from the end plate side to the leakage gas storage portion. Is preferably formed.

さらにまた、導電部材は、一方の電力取り出し端子と交差するエンドプレート面方向に屈曲し且つ水平方向から下方に向かって延在するバスバーで構成され、前記バスバーには、他方の電力取り出し端子側に延在するケーブルが電気的に接続されることが好ましい。   Furthermore, the conductive member is composed of a bus bar that is bent in the direction of the end plate surface intersecting with one of the power extraction terminals and extends downward from the horizontal direction. It is preferred that the extended cable is electrically connected.

本発明によれば、一方の電力取り出し端子と導電部材との接続部位から漏れガス収容部に導入される漏れガスは、ガスフィルタを透過して電気絶縁性被覆部材の外部に排出される。このため、漏れガスは、導電部材に沿って移動することがなく、不要な部位に前記漏れガスが導入されることを確実に阻止することができる。   According to the present invention, the leaked gas introduced into the leaked gas storage portion from the connection portion between the one power extraction terminal and the conductive member passes through the gas filter and is discharged to the outside of the electrically insulating coating member. For this reason, the leakage gas does not move along the conductive member, and the leakage gas can be reliably prevented from being introduced into unnecessary portions.

しかも、ガスフィルタが設けられるため、水や塵埃等の進入を阻止することが可能になる。これにより、簡単な構成で、所望の絶縁性、防水性及び防塵性を確保することができる。   In addition, since a gas filter is provided, it is possible to prevent water and dust from entering. Thereby, desired insulation, waterproofness, and dustproofness can be ensured with a simple configuration.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０が搭載される車両１２の一部平面説明図である。   FIG. 1 is a partial plan view of a vehicle 12 on which a fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention is mounted.

燃料電池スタック１０は、車両１２の車長方向（矢印Ｌ方向）略中央部に位置して配置される。燃料電池スタック１０の走行方向（矢印Ｌ１方向）前方には、前記燃料電池スタック１０の発生電力の供給を制御するコンタクタ等を有するデバイス１４が配置される。   The fuel cell stack 10 is disposed at a substantially central portion of the vehicle 12 in the vehicle length direction (arrow L direction). A device 14 having a contactor or the like for controlling the supply of electric power generated by the fuel cell stack 10 is disposed in front of the traveling direction of the fuel cell stack 10 (arrow L1 direction).

図２に示すように、燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１６が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１８を設ける。積層体１８の積層方向（矢印Ａ方向）の一端には、ターミナルプレート２０ａ、絶縁プレート２２ａ及びエンドプレート２４ａが外方に向かって配設される。積層体１８の積層方向の他端には、ターミナルプレート２０ｂ、絶縁プレート２２ｂ及びエンドプレート２４ｂが外方に向かって配設される。   As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 10 includes a stacked body 18 in which a plurality of power generation cells 16 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction). A terminal plate 20a, an insulating plate 22a, and an end plate 24a are disposed outwardly at one end of the stacked body 18 in the stacking direction (arrow A direction). At the other end in the stacking direction of the stacked body 18, a terminal plate 20b, an insulating plate 22b, and an end plate 24b are disposed outward.

燃料電池スタック１０は、鉛直方向（矢印Ｃ方向）に長尺（縦長）な四角形に構成される金属製のエンドプレート２４ａ、２４ｂを端板として含むケーシング２６を備えている。このケーシング２６は、エンドプレート２４ａ、２４ｂにヒンジ構造を介して固定される４枚の側板２８を有する（図２及び図３参照）。   The fuel cell stack 10 includes a casing 26 that includes metal end plates 24 a and 24 b that are formed in a rectangular shape that is long (vertically long) in the vertical direction (arrow C direction) as end plates. The casing 26 has four side plates 28 fixed to the end plates 24a and 24b via a hinge structure (see FIGS. 2 and 3).

図４に示すように、各発電セル１６は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３０と、前記電解質膜・電極構造体３０を挟持する薄板波形状の第１及び第２金属セパレータ３２、３４とを備え、これらが縦長に構成される。なお、第１及び第２金属セパレータ３２、３４に代替して、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。   As shown in FIG. 4, each power generation cell 16 includes an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 30, and a thin plate-shaped first and second metal sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 30. Separators 32 and 34 are provided, and these are configured to be vertically long. Instead of the first and second metal separators 32 and 34, for example, a carbon separator may be used.

発電セル１６の矢印Ｃ方向の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３８ａが設けられる。発電セル１６の矢印Ｃ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３６ｂが設けられる。   One end edge of the power generation cell 16 in the direction of arrow C communicates with each other in the direction of arrow A, and an oxidant gas supply communication hole 36a for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, and a fuel gas, for example, A fuel gas supply passage 38a for supplying a hydrogen-containing gas is provided. The other end edge of the power generation cell 16 in the direction of arrow C communicates with each other in the direction of arrow A, and a fuel gas discharge communication hole 38b for discharging fuel gas, and an oxidant gas for discharging oxidant gas. A discharge communication hole 36b is provided.

発電セル１６の矢印Ｂ方向の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔４０ａが設けられるとともに、前記発電セル１６の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔４０ｂが設けられる。   At one end edge of the power generation cell 16 in the direction of arrow B, there is provided a cooling medium supply communication hole 40a that communicates with each other in the direction of arrow A and supplies a cooling medium. A cooling medium discharge communication hole 40b for discharging the cooling medium is provided at the other end edge portion so as to communicate with each other in the arrow A direction.

電解質膜・電極構造体３０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 30 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 42 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 44 and a cathode side electrode 46 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 42. With.

第１金属セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、燃料ガス供給連通孔３８ａと燃料ガス排出連通孔３８ｂとを連通する燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、例えば、矢印Ｃ方向に延在する溝部により構成される。第１金属セパレータ３２の面３２ｂには、冷却媒体供給連通孔４０ａと冷却媒体排出連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、矢印Ｂ方向に延在する溝部により構成される。   A fuel gas flow path 48 that connects the fuel gas supply communication hole 38 a and the fuel gas discharge communication hole 38 b is formed on the surface 32 a of the first metal separator 32 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30. The fuel gas channel 48 is constituted by, for example, a groove extending in the direction of arrow C. On the surface 32b of the first metal separator 32, a cooling medium flow path 50 that connects the cooling medium supply communication hole 40a and the cooling medium discharge communication hole 40b is formed. The cooling medium flow path 50 is configured by a groove portion extending in the arrow B direction.

第２金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、例えば、矢印Ｃ方向に延在する溝部からなる酸化剤ガス流路５２が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路５２は、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとに連通する。第２金属セパレータ３４の面３４ｂには、第１金属セパレータ３２の面３２ｂと重なり合って冷却媒体流路５０が一体的に形成される。第１金属セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂ及び第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、図示しないが、シール部材が一体成形される。   On the surface 34 a of the second metal separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30, for example, an oxidant gas flow path 52 including a groove extending in the direction of arrow C is provided. Communicates with the oxidant gas supply communication hole 36a and the oxidant gas discharge communication hole 36b. A cooling medium flow path 50 is integrally formed on the surface 34 b of the second metal separator 34 so as to overlap the surface 32 b of the first metal separator 32. Although not shown, seal members are integrally formed on the surfaces 32 a and 32 b of the first metal separator 32 and the surfaces 34 a and 34 b of the second metal separator 34.

図２に示すように、ターミナルプレート２０ａの面内中央から上方に所定距離だけ離間する位置には、積層方向外方に延在して第１電力取り出し端子５４ａが設けられる。第１電力取り出し端子５４ａは、絶縁性筒状部５６に挿入された状態で、絶縁プレート２２ａ及びエンドプレート２４ａの孔部５８ａを貫通して外部に突出する。第１電力取り出し端子５４ａには、ボルト６０を介して略Ｌ字状の導電板６２が固定される。   As shown in FIG. 2, a first power extraction terminal 54a extending outward in the stacking direction is provided at a position spaced a predetermined distance upward from the in-plane center of the terminal plate 20a. The first power extraction terminal 54a is inserted into the insulating cylindrical portion 56 and protrudes outside through the holes 58a of the insulating plate 22a and the end plate 24a. A substantially L-shaped conductive plate 62 is fixed to the first power extraction terminal 54 a via a bolt 60.

図３に示すように、ターミナルプレート２０ｂの面内中央から上方に所定距離だけ離間する位置には、積層方向外方に延在して第２電力取り出し端子５４ｂが設けられる。   As shown in FIG. 3, a second power extraction terminal 54 b extending outward in the stacking direction is provided at a position spaced apart from the center in the plane of the terminal plate 20 b by a predetermined distance.

図３及び図５に示すように、第２電力取り出し端子５４ｂには、締結手段６４を介して導電部材、例えば、バスバー６８の一端が電気的に接続されるとともに、前記バスバー６８は、前記第２電力取り出し端子５４ｂと交差するエンドプレート面方向に屈曲し且つ水平方向から下方に向かって延在する。   As shown in FIGS. 3 and 5, a conductive member, for example, one end of a bus bar 68 is electrically connected to the second power extraction terminal 54b via a fastening means 64, and the bus bar 68 is connected to the second power extraction terminal 54b. 2 It bends in the direction of the end plate surface intersecting the power extraction terminal 54b and extends downward from the horizontal direction.

締結手段６４は、第２電力取り出し端子５４ｂの内部に形成された段付き孔部６６に、ターミナルプレート２０ｂの内側（積層体１８側）から挿入される取り付けボルト６４ａと、バスバー６８の孔部６８ａに挿入される前記取り付けボルト６４ａの端部に螺合する締結ナット６４ｂとを備える。第２電力取り出し端子５４ｂには、円柱外周面の両側部を切り欠いて平坦係止面６９が形成される（図３参照）。   The fastening means 64 includes a mounting bolt 64a inserted from the inside (the laminated body 18 side) of the terminal plate 20b into a stepped hole 66 formed inside the second power extraction terminal 54b, and a hole 68a of the bus bar 68. And a fastening nut 64b that is screwed into an end portion of the mounting bolt 64a. The second power extraction terminal 54b is formed with a flat locking surface 69 by cutting out both side portions of the outer peripheral surface of the cylinder (see FIG. 3).

バスバー６８は、ケーシング（電気絶縁性被覆部材）７０に収容される。ケーシング７０は、電気絶縁部材、例えば、樹脂系材料で形成されており、バスバー６８を収容する長尺な矩形状本体部７２と、前記矩形状本体部７２の両端に設けられる第１円筒連結部７４ａ及び第２円筒連結部７４ｂとを有する。   The bus bar 68 is accommodated in a casing (electrically insulating covering member) 70. The casing 70 is formed of an electrically insulating member, for example, a resin-based material, and has a long rectangular main body 72 that accommodates the bus bar 68, and first cylindrical connecting portions provided at both ends of the rectangular main body 72. 74a and a second cylindrical connecting portion 74b.

矩形状本体部７２には、第１円筒連結部７４ａ側に近接して膨出部７６が設けられ、この膨出部７６に孔部７８が形成される。この孔部７８から挿入されるボルト８０は、エンドプレート２４ｂに形成されたねじ孔８２に螺合することにより、矩形状本体部７２が前記エンドプレート２４ｂに固定される。   The rectangular main body 72 is provided with a bulging portion 76 adjacent to the first cylindrical connecting portion 74 a side, and a hole 78 is formed in the bulging portion 76. The bolt 80 inserted from the hole 78 is screwed into a screw hole 82 formed in the end plate 24b, whereby the rectangular main body 72 is fixed to the end plate 24b.

第１円筒連結部７４ａには、第２電力取り出し端子５４ｂを嵌合するための孔部８４が形成される。この孔部８４は、第２電力取り出し端子５４ｂの平坦係止面６９に対応する開口形状に設定されることにより、ケーシング７０の回り止め機構が構成される。図５に示すように、第１円筒連結部７４ａは、エンドプレート２４ａに形成された孔部８６に挿入される。   A hole 84 for fitting the second power extraction terminal 54b is formed in the first cylindrical connecting portion 74a. The hole portion 84 is set to have an opening shape corresponding to the flat engagement surface 69 of the second power extraction terminal 54b, thereby forming a rotation prevention mechanism for the casing 70. As shown in FIG. 5, the first cylindrical connecting portion 74a is inserted into a hole 86 formed in the end plate 24a.

バスバー６８の他端は、第２円筒連結部７４ｂ内でボルト９２を介して高電圧ケーブル９４に固定される。第２円筒連結部７４ｂは、エンドプレート２４ｂの下部側に配置される（図３参照）。この第２円筒連結部７４ｂに連結された高電圧ケーブル９４は、燃料電池スタック１０の側方に沿ってエンドプレート２４ａ側に延在し、デバイス１４に電気的に接続される。図５に示すように、第１円筒連結部７４ａ及び第２円筒連結部７４ｂの開口端側には、絶縁性キャップ９６が装着される。   The other end of the bus bar 68 is fixed to the high voltage cable 94 via a bolt 92 in the second cylindrical connecting portion 74b. The second cylindrical connecting portion 74b is disposed on the lower side of the end plate 24b (see FIG. 3). The high voltage cable 94 connected to the second cylindrical connecting portion 74 b extends toward the end plate 24 a along the side of the fuel cell stack 10 and is electrically connected to the device 14. As shown in FIG. 5, an insulating cap 96 is attached to the opening end sides of the first cylindrical connecting portion 74a and the second cylindrical connecting portion 74b.

第１の実施形態では、図５に示すように、ケーシング７０は、第２電力取り出し端子５４ｂとバスバー６８との接続部位（締結手段６４の周囲）を覆って漏れガス収容部９７を形成する。取り付けボルト６４ａの中央部には、エンドプレート２４ｂ側から漏れガス収容部９７に漏れる水素ガス（漏れガス）を案内する漏れガス通路９８が形成される。   In the first embodiment, as shown in FIG. 5, the casing 70 covers the connection portion (around the fastening means 64) between the second power extraction terminal 54 b and the bus bar 68 to form a leakage gas storage portion 97. A leakage gas passage 98 for guiding hydrogen gas (leakage gas) leaking from the end plate 24b side to the leakage gas storage portion 97 is formed at the center of the mounting bolt 64a.

絶縁性キャップ９６には、漏れガス収容部９７に導入される水素ガスを外部に排出する一方、前記漏れガス収容部９７への水や塵埃等の進入を阻止するためのガスフィルタ９９が設けられる。ガスフィルタ９９は、例えば、フッ素樹脂多孔質膜で構成され、防水及び防塵性と通気性とを発揮する。   The insulating cap 96 is provided with a gas filter 99 for discharging hydrogen gas introduced into the leaking gas storage unit 97 to the outside, and preventing water and dust from entering the leaking gas storage unit 97. . The gas filter 99 is composed of, for example, a fluororesin porous film and exhibits waterproof and dustproof properties and air permeability.

図２に示すように、エンドプレート２４ａには、矢印Ｃ方向に延在してそれぞれ冷却媒体入口マニホールド１００ａと、冷却媒体出口マニホールド１００ｂとが装着される。冷却媒体入口マニホールド１００ａは、冷却媒体供給連通孔４０ａに連通する一方、冷却媒体出口マニホールド１００ｂは、冷却媒体排出連通孔４０ｂに連通する。冷却媒体入口マニホールド１００ａ及び冷却媒体出口マニホールド１００ｂは、図示しないが、車体前方に配置されたラジエータ（熱交換器）に連通している。   As shown in FIG. 2, a cooling medium inlet manifold 100a and a cooling medium outlet manifold 100b are attached to the end plate 24a so as to extend in the direction of the arrow C, respectively. The cooling medium inlet manifold 100a communicates with the cooling medium supply communication hole 40a, while the cooling medium outlet manifold 100b communicates with the cooling medium discharge communication hole 40b. Although not shown, the cooling medium inlet manifold 100a and the cooling medium outlet manifold 100b communicate with a radiator (heat exchanger) disposed in front of the vehicle body.

図３に示すように、エンドプレート２４ｂの上部側には、酸化剤ガス供給連通孔３６ａに連通する酸化剤ガス入口マニホールド１０２ａと、燃料ガス供給連通孔３８ａに連通する燃料ガス入口マニホールド１０４ａとが設けられる。エンドプレート２４ｂの下部側には、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに連通する酸化剤ガス出口マニホールド１０２ｂと、燃料ガス排出連通孔３８ｂに連通する燃料ガス出口マニホールド１０４ｂとが設けられる。   As shown in FIG. 3, an oxidant gas inlet manifold 102a communicating with the oxidant gas supply communication hole 36a and a fuel gas inlet manifold 104a communicating with the fuel gas supply communication hole 38a are provided on the upper side of the end plate 24b. Provided. An oxidant gas outlet manifold 102b communicating with the oxidant gas discharge communication hole 36b and a fuel gas outlet manifold 104b communicating with the fuel gas discharge communication hole 38b are provided on the lower side of the end plate 24b.

図２及び図３に示すように、エンドプレート２４ａ、２４ｂの下側には、マウントブラケット１０６がボルト１０８を介して固定される。各マウントブラケット１０６は、ボルト１１０を介して車両１２に固定される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the mount bracket 106 is fixed via bolts 108 below the end plates 24 a and 24 b. Each mount bracket 106 is fixed to the vehicle 12 via a bolt 110.

図３に示すように、ケーシング７０の外部に且つガスフィルタ９９の上方に水素ガスセンサ（水素検出センサ）１１２が配置される。水素ガスセンサ１１２としては、例えば、水素が白金等の触媒に接触した際に燃焼する熱を利用し、水素ガス濃度を検出するガス接触燃焼式センサが使用される。   As shown in FIG. 3, a hydrogen gas sensor (hydrogen detection sensor) 112 is disposed outside the casing 70 and above the gas filter 99. As the hydrogen gas sensor 112, for example, a gas contact combustion type sensor that detects the hydrogen gas concentration using heat that burns when hydrogen comes into contact with a catalyst such as platinum is used.

このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

燃料電池スタック１０では、先ず、図３に示すように、エンドプレート２４ｂの酸化剤ガス入口マニホールド１０２ａから酸化剤ガス供給連通孔３６ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口マニホールド１０４ａから燃料ガス供給連通孔３８ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。一方、エンドプレート２４ａの冷却媒体入口マニホールド１００ａから冷却媒体供給連通孔４０ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。   In the fuel cell stack 10, first, as shown in FIG. 3, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied from the oxidant gas inlet manifold 102a of the end plate 24b to the oxidant gas supply communication hole 36a, and the fuel gas A fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied from the inlet manifold 104a to the fuel gas supply communication hole 38a. On the other hand, a coolant such as pure water or ethylene glycol is supplied from the coolant inlet manifold 100a of the end plate 24a to the coolant supply passage 40a.

このため、積層体１８では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の発電セル１６に対して、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印Ａ方向に供給される。図４に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａから第２金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体３０のカソード側電極４６に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３８ａから第１金属セパレータ３２の燃料ガス流路４８に導入され、電解質膜・電極構造体３０のアノード側電極４４に沿って移動する。   For this reason, in the laminated body 18, oxidant gas, fuel gas, and a cooling medium are supplied to the several electric power generation cell 16 piled up by the arrow A direction in the arrow A direction. As shown in FIG. 4, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 52 of the second metal separator 34 through the oxidant gas supply communication hole 36 a, and along the cathode side electrode 46 of the electrolyte membrane / electrode structure 30. Move. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas channel 48 of the first metal separator 32 from the fuel gas supply communication hole 38 a and moves along the anode side electrode 44 of the electrolyte membrane / electrode structure 30.

従って、各電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 30, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 46 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 44 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.

次いで、カソード側電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに沿って流動した後、エンドプレート２４ｂの酸化剤ガス出口マニホールド１０２ｂから外部に排出される（図３参照）。同様に、アノード側電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３８ｂに排出されて流動し、エンドプレート２４ｂの燃料ガス出口マニホールド１０４ｂからから外部に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 46 flows along the oxidant gas discharge communication hole 36b, and then is discharged to the outside from the oxidant gas outlet manifold 102b of the end plate 24b (FIG. 3). Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 44 is discharged and flows into the fuel gas discharge communication hole 38b, and is discharged from the fuel gas outlet manifold 104b of the end plate 24b to the outside.

また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔４０ａから第１及び第２金属セパレータ３２、３４間の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体排出連通孔４０ｂを移動してエンドプレート２４ａの冷却媒体出口マニホールド１００ｂから排出される。   The cooling medium flows along the direction of arrow B after being introduced into the cooling medium flow path 50 between the first and second metal separators 32 and 34 from the cooling medium supply communication hole 40a. After cooling the electrolyte membrane / electrode structure 30, the cooling medium moves through the cooling medium discharge communication hole 40 b and is discharged from the cooling medium outlet manifold 100 b of the end plate 24 a.

この場合、第１の実施形態では、図５に示すように、積層体１８側からケーシング７０に漏れる水素ガスは、締結手段６４を構成する取り付けボルト６４ａの中央部に形成されている漏れガス通路９８を通って漏れガス収容部９７に導入される。この漏れガス収容部９７には、絶縁性キャップ９６を介してガスフィルタ９９が配置されており、前記漏れガス収容部９７に導入された水素ガスは、前記ガスフィルタ９９を透過してケーシング７０の外部に排出される。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 5, the hydrogen gas leaking from the laminated body 18 side to the casing 70 is a leakage gas passage formed in the central portion of the mounting bolt 64 a constituting the fastening means 64. The gas is introduced into the leaked gas storage unit 97 through 98. A gas filter 99 is disposed in the leaked gas storage part 97 through an insulating cap 96, and the hydrogen gas introduced into the leaked gas storage part 97 passes through the gas filter 99 and passes through the casing 70. It is discharged outside.

さらに、ガスフィルタ９９を透過して外部に排出された水素ガスは、空気よりも軽いため、上昇してこのガスフィルタ９９の上方に配置されている水素ガスセンサ１１２により検出される。   Furthermore, since the hydrogen gas that has passed through the gas filter 99 and is discharged to the outside is lighter than air, the hydrogen gas rises and is detected by the hydrogen gas sensor 112 disposed above the gas filter 99.

これにより、燃料電池スタック１０からの水素ガスの漏れを検出することができ、水素ガスセンサ１１２による検出結果に基づいて、例えば、燃料電池スタック１０の運転を停止する処理が行われる。   Thereby, leakage of hydrogen gas from the fuel cell stack 10 can be detected, and for example, processing for stopping the operation of the fuel cell stack 10 is performed based on the detection result by the hydrogen gas sensor 112.

しかも、ガスフィルタ９９が用いられるため、外部からケーシング７０内に水や塵埃等が侵入することを確実に阻止することが可能になる。従って、簡単な構成で、所望の防水性及び防塵性を確保することができるという利点がある。   In addition, since the gas filter 99 is used, it is possible to reliably prevent water, dust, and the like from entering the casing 70 from the outside. Therefore, there is an advantage that desired waterproofness and dustproofness can be secured with a simple configuration.

さらに、積層体１８から漏れた水素ガスは、漏れガス通路９８から漏れガス収容部９７に案内された後、ガスフィルタ９９を介して外部に排出されている。このため、漏れガス収容部９７に導入された水素ガスは、ケーシング７０内を通って、すなわち、バスバー６８に沿って高電圧ケーブル９４側に移動することがない。これにより、不要な部位に燃料ガスが導入されることを確実に阻止することが可能になる。   Further, the hydrogen gas leaked from the stacked body 18 is guided to the leaked gas storage part 97 from the leaked gas passage 98 and then discharged to the outside through the gas filter 99. For this reason, the hydrogen gas introduced into the leakage gas storage unit 97 does not move through the casing 70, that is, along the bus bar 68 to the high voltage cable 94 side. As a result, it is possible to reliably prevent the fuel gas from being introduced into unnecessary portions.

その際、バスバー６８は、高電圧ケーブル９４と接続される端部が、第２電力取り出し端子５４ｂに接続される端部よりも水平方向から下方に向かって傾斜している。従って、漏れガス収容部９７に導入された水素ガスは、高電圧ケーブル９４側に移動することを有効に阻止され、ガスフィルタ９９から外部に一層確実に排出される。   At that time, the end of the bus bar 68 connected to the high voltage cable 94 is inclined downward from the horizontal direction to the end connected to the second power extraction terminal 54b. Therefore, the hydrogen gas introduced into the leakage gas storage unit 97 is effectively prevented from moving to the high voltage cable 94 side, and is more reliably discharged from the gas filter 99 to the outside.

なお、第１の実施形態では、取り付けボルト６４ａの中央部に漏れガス通路９８を形成しているが、これに限定されるものではない。特に、水素ガスは、分子が小さいため、漏れガス通路９８を設けずに、構成部材の隙間、例えば、第２電力取り出し端子５４ｂの外周に沿って漏れる水素ガスを、漏れガス収容部９７に導くことも可能である。   In the first embodiment, the leak gas passage 98 is formed at the center of the mounting bolt 64a, but the present invention is not limited to this. In particular, since the hydrogen gas has small molecules, the hydrogen gas leaking along the gap between the constituent members, for example, the outer periphery of the second power extraction terminal 54b, without providing the leak gas passage 98 is guided to the leak gas storage unit 97. It is also possible.

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１２０の一部断面図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同様の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a fuel cell stack 120 according to the second embodiment of the present invention. Note that the same reference numerals are assigned to the same components as those of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

燃料電池スタック１２０は、ターミナルプレート２０ｂから略円筒状の第２電力取り出し端子１２２が膨出形成されるとともに、この第２電力取り出し端子１２２の内周側に、ばね部材１２４が装着される。高電圧ケーブル９４の端部には、金具１２６を介して、導電部材、例えば、導電ピン１２８が固着される。この導電ピン１２８は、ばね部材１２４を介して第２電力取り出し端子１２２に挿入されることにより、前記第２電力取り出し端子１２２に電気的に接続される。   The fuel cell stack 120 has a substantially cylindrical second power extraction terminal 122 bulging from the terminal plate 20 b, and a spring member 124 is attached to the inner peripheral side of the second power extraction terminal 122. A conductive member, for example, a conductive pin 128 is fixed to the end of the high voltage cable 94 via a metal fitting 126. The conductive pin 128 is electrically connected to the second power extraction terminal 122 by being inserted into the second power extraction terminal 122 via the spring member 124.

導電ピン１２８及び金具１２６は、樹脂製のグロメット１３０により覆われるとともに、グロメット１３０の外方には、ゴム製のキャップ状グロメット１３２が配置される。このグロメット１３２は、押さえ部材１３４に保持されるとともに、前記押さえ部材１３４がボルト１３６を介してエンドプレート２４ｂに固定される。グロメット１３０により漏れガス収容部９７が形成されるとともに、前記グロメット１３０には、ガスフィルタ９９が設けられる。   The conductive pins 128 and the metal fittings 126 are covered with a resin grommet 130, and a rubber cap-shaped grommet 132 is disposed outside the grommet 130. The grommet 132 is held by a pressing member 134, and the pressing member 134 is fixed to the end plate 24b via a bolt 136. The grommet 130 forms a leak gas storage portion 97, and the grommet 130 is provided with a gas filter 99.

このように構成される第２の実施形態では、例えば、導電ピン１２８とばね部材１２４との間から漏れガス収容部９７に水素ガスが漏れると、この水素ガスは、ガスフィルタ９９を介してグロメット１３０の外方に排出される。従って、水素ガスが高電圧ケーブル９４に沿って移動することがなく、水素ガスを確実に排出することができる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。   In the second embodiment configured as described above, for example, when hydrogen gas leaks into the leakage gas storage unit 97 from between the conductive pin 128 and the spring member 124, the hydrogen gas is passed through the gas filter 99 to become a grommet. 130 is discharged to the outside. Therefore, the hydrogen gas does not move along the high voltage cable 94, and the same effects as those of the first embodiment can be obtained, such as the hydrogen gas can be reliably discharged.

なお、導電ピン１２８には、必要に応じて漏れガス通路１３８を形成することができる。このため、この漏れガス通路１３８を介して漏れガス収容部９７に水素ガスを円滑に案内することが可能になる。   A leak gas passage 138 can be formed in the conductive pin 128 as necessary. For this reason, it becomes possible to smoothly guide the hydrogen gas to the leakage gas storage portion 97 through the leakage gas passage 138.

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックが搭載される車両の一部平面説明図である。1 is a partial plan view of a vehicle on which a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention is mounted. 前記燃料電池スタックの一方のエンドプレート側の概略斜視図である。It is a schematic perspective view by the side of one end plate of the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの他方のエンドプレート側の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the other end plate side of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの図３中、Ｖ−Ｖ線断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the fuel cell stack taken along line VV in FIG. 3. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面図である。6 is a partial cross-sectional view of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention. FIG. 従来技術の端子装置の断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of the terminal device of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

１０、１２０…燃料電池スタック １２…車両
１４…デバイス １６…発電セル
１８…積層体 ２４ａ、２４ｂ…エンドプレート
２６、７０…ケーシング ３０…電解質膜・電極構造体
３２、３４…金属セパレータ
５４ａ、５４ｂ、１２２…電力取り出し端子
６４…締結手段 ６４ａ…取り付けボルト
６４ｂ…締結ナット ６８…バスバー
６９…平坦係止面 ７２…矩形状本体部
７４ａ、７４ｂ…円筒連結部 ９４…高電圧ケーブル
９６…絶縁性キャップ ９７…漏れガス収容部
９８、１３８…漏れガス通路 ９９…ガスフィルタ
１１２…水素ガスセンサ １２８…導電ピン
１３０、１３２…グロメット DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 120 ... Fuel cell stack 12 ... Vehicle 14 ... Device 16 ... Power generation cell 18 ... Laminated body 24a, 24b ... End plate 26, 70 ... Casing 30 ... Electrolyte membrane and electrode structure 32, 34 ... Metal separator 54a, 54b, 122 ... Power extraction terminal 64 ... Fastening means 64a ... Mounting bolt 64b ... Fastening nut 68 ... Bus bar 69 ... Flat locking surface 72 ... Rectangular main body 74a, 74b ... Cylindrical connecting part 94 ... High voltage cable 96 ... Insulating cap 97 ... Leakage gas storage part 98, 138 ... Leakage gas passage 99 ... Gas filter 112 ... Hydrogen gas sensor 128 ... Conductive pins 130, 132 ... Grommet

Claims (4)

一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルを設け、前記発電セルが複数積層された積層体の積層方向両端にターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設されるとともに、各ターミナルプレートから外方に突出して電力取り出し端子が設けられる燃料電池スタックであって、
少なくとも一方の前記電力取り出し端子に電気的に接続され、前記燃料電池スタックの外方に延在する導電部材と、
前記導電部材を収容するとともに、一方の前記電力取り出し端子と前記導電部材との接続部位を覆って漏れガス収容部を形成する電気絶縁性被覆部材と、
前記漏れガス収容部に設けられ、前記エンドプレート側から前記漏れガス収容部に導入される漏れガスを外部に排出するためのガスフィルタと、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。 A power generation cell having an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of the electrolyte and a separator is provided, and a terminal plate, an insulating plate, and an end plate are provided at both ends in the stacking direction of the stacked body in which a plurality of the power generation cells are stacked. A fuel cell stack provided with a power extraction terminal protruding outward from each terminal plate,
A conductive member electrically connected to at least one of the power extraction terminals and extending outward of the fuel cell stack;
An electrically insulating covering member that houses the conductive member and covers a connection portion between one of the power extraction terminals and the conductive member;
A gas filter that is provided in the leakage gas storage unit and discharges leakage gas introduced into the leakage gas storage unit from the end plate side;
A fuel cell stack comprising: 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記電気絶縁性被覆部材の外部に、且つ前記ガスフィルタの上方に配置される水素検出センサを備えることを特徴とする燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, further comprising a hydrogen detection sensor disposed outside the electrically insulating covering member and above the gas filter. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、一方の前記電力取り出し端子と前記導電部材とを固定する締結手段を備え、
前記締結手段には、前記エンドプレート側から前記漏れガス収容部に前記漏れガスを案内するための漏れガス通路が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1 or 2, further comprising fastening means for fixing one of the power extraction terminals and the conductive member,
The fuel cell stack according to claim 1, wherein a leakage gas passage for guiding the leakage gas from the end plate side to the leakage gas accommodating portion is formed in the fastening means. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記導電部材は、一方の前記電力取り出し端子と交差するエンドプレート面方向に屈曲し且つ水平方向から下方に向かって延在するバスバーで構成され、
前記バスバーには、他方の前記電力取り出し端子側に延在するケーブルが電気的に接続されることを特徴とする燃料電池スタック。 4. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the conductive member bends in an end plate surface direction intersecting with one of the power extraction terminals and extends downward from a horizontal direction. 5. Consists of a bus bar,
A fuel cell stack, wherein the bus bar is electrically connected to a cable extending toward the other power extraction terminal.
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