CN105074988A - 燃料电池装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供燃料电池装置及其制造方法。燃料电池装置具备：具有层叠有多个燃料电池单元的构造的燃料电池；覆盖燃料电池的沿着层叠方向的侧面的至少一部分的外罩；以及配置在外罩与由外罩覆盖的侧面之间的夹设层。当将夹设层的弹簧常数设为K1、将外罩的弹簧常数设为K2、将施加于燃料电池的惯性力设为Fg、将燃料电池中的燃料电池单元的允许偏移量设为X0时，外罩以及夹设层满足X0＞Fg/(K1+K2)的关系。利用这样的燃料电池装置来抑制燃料电池的位置偏移。

Description

燃料电池装置及其制造方法

相关申请的相互参照

本申请主张享有2013年2月26日提出申请的、专利申请号为2013－35296的日本专利申请的优先权，其全部公开内容均通过参照而被包含于本发明。

技术领域

本发明涉及燃料电池装置。

背景技术

作为燃料电池装置，为了提高燃料电池组的耐振动性、耐冲击性，提出有如下的燃料电池装置：在燃料电池(燃料电池组)、与沿燃料电池中的燃料电池单元(燃料电池单元)的层叠方向延伸设置的张力板(tensionplate)之间，填充有硅、聚氨酯橡胶等弹性材料(专利文献1)。

专利文献1：日本特开2003－203670号公报

然而，在专利文献1所记载的燃料电池装置中，由于弹性材料的刚性低，因此，当因来自外部的冲击等而对燃料电池施加有惯性力，燃料电池被推压于弹性材料时，弹性材料容易变形。因此，虽然能够抑制构成燃料电池的燃料电池单元的损伤，但容易引起燃料电池单元的位置偏移。若产生燃料电池单元的位置偏移，则因这样的位置偏移，存在相邻的燃料电池单元之间的密封被破坏而反应气体、冷却介质等泄漏的问题。

这样的问题并不限于在张力板与燃料电池之间填充有弹性材料的结构，在收纳燃料电池的壳体与燃料电池之间填充有弹性材料的结构等、即在燃料电池与覆盖该燃料电池的外罩之间填充有弹性材料的任意结构中是共通的问题。除此之外，在以往的燃料电池装置中，期望提高燃料电池装置的制造效率、低成本化、省电化、制造的容易化等。

发明内容

本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式实现。

(1)根据本发明的一个方式，提供一种燃料电池装置。该燃料电池装置具备：燃料电池，该燃料电池具有层叠有多个燃料电池单元的构造；外罩，该外罩覆盖上述燃料电池的沿着层叠方向的侧面的至少一部分；以及夹设层，该夹设层配置在上述外罩与由上述外罩覆盖的上述侧面之间，当将上述夹设层的弹簧常数设为K1、将上述外罩的弹簧常数设为K2、将施加于上述燃料电池的惯性力设为Fg、将上述燃料电池中的上述燃料电池单元的允许偏移量设为X0时，上述外罩以及上述夹设层满足X0＞Fg/(K1+K2)的关系。根据该方式的燃料电池装置，由于夹设层以及外罩满足X0＞Fg/(K1+K2)的关系，因此，即便对燃料电池施加有惯性力Fg，夹设层以及外罩的变形也为允许偏移量X0以下。因此，即便在伴随着夹设层以及外罩的变形而产生了构成燃料电池的燃料电池单元的位置偏移的情况下，也能够使这样的位置偏移为允许偏移量X0以下，能够抑制反应气体或者冷却介质的泄漏。

(2)在上述燃料电池装置中，也可以构成为：当将上述夹设层的杨氏模量设为E、将上述夹设层的厚度设为D、将上述外罩与由上述外罩覆盖的上述侧面之间的必要最低限度的间隙设为D0、将比例常数设为α时，上述夹设层满足K1＝α×E×(1/D)、以及D＞D0的关系。根据该方式的燃料电池装置，在保持夹设层的弹簧常数K1为相同值的状态下，通过增大夹设层的杨氏模量E，能够增大夹设层的厚度D。因而，当利用外罩覆盖燃料电池时，能够确保外罩与燃料电池之间的间隙较大，因此，即便在初始状态下构成燃料电池的燃料电池单元彼此的位置偏移(公差)大，也能够利用外罩可靠地覆盖燃料电池。

(3)在上述燃料电池装置中，上述夹设层也可以由多个小片体形成。根据该方式的燃料电池装置，在利用外罩覆盖燃料电池后，通过向燃料电池与外罩之间供给小片体，能够形成夹设层。

(4)在上述燃料电池装置中，也可以构成为：上述夹设层对上述多个燃料电池单元中的位于端部的燃料电池单元的拘束力，比相对于该燃料电池单元的沿着上述层叠方向的允许载荷小。在因年久劣化等而导致在燃料电池施加有产生沿着层叠方向的尺寸的力的情况下，位于端部的燃料电池单元的一侧不与其它的燃料电池单元接触，因此，与其它的燃料电池单元相比，相对于能够产生尺寸变化的力的、由夹设层产生的拘束力相对大。然而，根据本方式的燃料电池装置，由于夹设层对位于端部的燃料电池单元的拘束力比允许载荷小，因此能够抑制产生来自位于端部的燃料电池单元与邻接的燃料电池单元之间的、反应气体或者冷却介质的泄漏。

(5)在上述燃料电池装置中，也可以构成为：上述小片体的外观形状为球形，上述小片体的平均直径为上述外罩与由上述外罩覆盖的上述侧面之间的必要最低限度的间隙的1/2以下。根据该方式的燃料电池装置，由于能够在外罩与由外罩覆盖的侧面之间紧密地填充小片体，因此能够增大夹设层的弹性系数。因此，能够缩小外罩的弹性系数，能够用刚性低且轻型的材料形成外罩。

(6)在上述燃料电池装置中，也可以构成为：上述外罩覆盖上述燃料电池的沿着层叠方向的全部侧面，并且在载置上述燃料电池后的状态下覆盖上述燃料电池的铅垂上表面的面具有供给上述小片体的供给部，上述供给部具有收纳部和被收纳于上述收纳部的上述小片体，利用上述小片体的重量来向上述外罩与上述燃料电池之间供给小片体。根据该方式的燃料电池装置，即便伴随着燃料电池装置的使用而外罩与燃料电池之间的小片体的填充密度增加从而形成为在外罩与燃料电池之间产生空隙的状态，由于利用自重而自动地供给被收纳于收纳部的小片体，因此能够抑制上述的空隙的产生。

(7)在上述燃料电池装置中，上述夹设层也可以由封入有多个小片体且具有挠性的袋体形成。根据该方式的燃料电池装置，由于小片体被封入于袋体，因此能够抑制燃料电池装置的制造时小片体的飞散，能够容易地进行小片体的处理。

(8)在上述燃料电池装置中，上述小片体也可以包括砂、树脂制珠、玻璃珠中的至少一种。根据该方式的燃料电池装置，通过作为小片体而使用砂或者玻璃珠，能够比较廉价地形成夹设层。并且，通过作为小片体而使用树脂制珠，能够使夹设层轻型化。

(9)在上述燃料电池装置中，也可以构成为：向上述燃料电池供给反应气体以及冷却介质，上述允许偏移量是上述燃料电池单元在与上述层叠方向垂直的方向上的位置的偏移量，是在上述燃料电池中不会发生上述反应气体或者上述冷却介质的泄漏的上限的偏移量。

此外，本发明能够以各种方式实现，例如能够以燃料电池装置的制造方法、燃料电池系统、搭载有燃料电池装置的车辆等方式实现。

附图说明

图1是示出作为本发明的第一实施方式的燃料电池装置的简要结构的立体图。

图2是第一实施方式的燃料电池装置的剖视图。

图3是示出在燃料电池装置100被搭载于车辆的情况下燃料电池200所受到的惯性力的说明图。

图4是示意性地示出变量D0的确定方法的说明图。

图5是示出第一实施方式的燃料电池装置100的制造方法的顺序的流程图。

图6是示意性地示出步骤S110的处理的说明图。

图7是示意性地示出燃料电池壳体300和年久劣化后的燃料电池200的说明图。

图8是第二实施方式的燃料电池装置的剖视图。

具体实施方式

A.实施方式：

A1.装置结构：

图1是示出作为本发明的第一实施方式的燃料电池装置的简要结构的立体图。图2是第一实施方式的燃料电池装置的剖视图。图2中示出图1所示的A－A剖面。燃料电池装置100具备燃料电池200、燃料电池壳体300以及夹设层121。燃料电池装置100例如搭载于电动汽车，向马达等驱动源供给电力。

如图2所示，燃料电池200具有层叠有多个固体高分子型燃料电池即燃料电池单元(也被称作“单元”)7的构造。燃料电池200也被称作单元组，具有近似立方体的外观形状。向燃料电池200供给燃料气体以及氧化剂气体，在各燃料电池单元7中，利用燃料气体以及氧化剂气体进行发电。作为燃料气体，例如能够采用氢气，作为氧化剂气体，例如能够采用空气。

燃料电池单元7具备膜电极接合体4、两个隔板5以及6。膜电极接合体4由电解质膜1、配置于电解质膜1的两面的两个电极2以及3构成。电解质膜1是在湿润状态下呈现良好的质子传导性的固体高分子膜。两个隔板5以及6夹持膜电极接合体4而形成反应气体(燃料气体以及氧化剂气体)、冷却介质的流路，并且分别作为集电板发挥功能。在各燃料电池单元7，形成有未图示的歧管，该歧管形成反应气体、冷却介质的流路。在各燃料电池单元7中的、膜电极接合体4与隔板5之间以及膜电极接合体4与隔板6之间，以包围歧管的方式配置有未图示的密封部件。并且，在邻接的两个燃料电池单元7之间，以包围未图示的歧管的方式配置有未图示的密封部件。这些密封部件用于抑制反应气体以及冷却介质从燃料电池200泄漏。

燃料电池壳体300具备上部罩113、端面罩111以及底面罩114。如图1以及图2所示，上部罩113覆盖燃料电池200的上表面、燃料电池200的两侧面以及燃料电池200的一个端面。一个端面意味着位于燃料电池200的层叠方向两端的两个面中的一个面。

上部罩113具备小片体供给部112。小片体供给部112从上部罩113的上表面突出，具备筒状部112a和盖部112b。筒状部112a具有内部为空洞的烟囱状的外观。在上部罩113、且是在与筒状部112a连接的部分，形成有厚度方向的贯通孔，筒状部112a的内部连通于上部罩113与燃料电池200的上表面之间的空隙。此外，筒状部112a相当于技术方案中的收纳部。小片体供给部112的利用方法将在后面叙述。如图2所示，上部罩113与燃料电池200的一个端面接触，且通过螺栓以及螺母等固定于上述的端面。

端面罩111与燃料电池200的两端面中的、未由上部罩113覆盖的一侧的端面接触，并覆盖该端面。端面罩111通过螺栓以及螺母等固定于燃料电池200的端面。如图1所示，在端面罩111，形成有沿厚度方向贯通的六个贯通孔10。这六个贯通孔10用于分别贯通端面罩111而配置燃料气体的供给路以及排出路、氧化剂气体的供给路以及排出路、冷却介质的供给路以及排出路。

底面罩114与燃料电池200的底面接触，并覆盖该底面。底面罩114通过螺栓以及螺母等固定于上部罩113以及燃料电池200。

夹设层121形成在燃料电池200与燃料电池壳体300之间。更具体而言，填埋燃料电池200的表面中除两个端面和底面之外的其它面(即上表面以及两个侧面)与燃料电池壳体300的内侧面之间的空隙。

在第一实施方式中，夹设层121由平均直径小的小片体形成。作为小片体，例如能够使用砂、树脂珠、玻璃珠等具有绝缘性的材料。本实施方式的夹设层121满足下述算式(1)。

X0≥Fg/(K1+K2)(1)

在上述算式(1)中，变量X0意味着燃料电池200中的燃料电池单元7的允许偏移量。燃料电池单元7的允许偏移量意味着燃料电池单元7在与层叠方向垂直的方向上的位置偏移量，是不会发生反应气体或者冷却介质的泄漏的上限的偏移量。例如，若由于燃料电池单元7的位置偏移量大而配置于邻接的燃料电池单元7之间的密封部件从本来的位置(包围歧管的位置)偏移，则反应气体或者冷却介质从上述部分漏出。这样的允许偏移量能够通过实验确定。具体而言，一边向燃料电池200供给反应气体，一边使针对燃料电池200的载荷增加，确定不会发生反应气体的泄漏的最大的载荷，并且确定此时的邻接的燃料电池单元7之间的、在与层叠方向垂直的方向上的位置偏移量的最大值。而且，能够将这样的最大值确定为X0。

在上述算式(1)中，变量Fg意味着施加于燃料电池200的惯性力。施加于燃料电池200的惯性力意味着例如在燃料电池装置100被搭载于车辆的情况下推测燃料电池200所受到的惯性力。

图3是示出在燃料电池装置100被搭载于车辆的情况下燃料电池200所受到的惯性力的说明图。如图3所示，端面罩111以及上部罩113被固定于车辆所具有的纵梁500。在该状态下，例如，若车辆发生正面碰撞，则对未与纵梁500直接连接的燃料电池200施加有朝向行进方向的惯性力Fg。

这样的惯性力Fg能够通过进行试验而预先求出。具体而言，将燃料电池装置100搭载于车辆，并且在燃料电池200或者燃料电池壳体300安装加速度传感器。使用这样的车辆，进行遵照法规条件、安全评价条件的碰撞试验。而且，作为这样的试验，例如能够采用在U.S.NCAP(TheUnitedStatesNewCarAssessmentProgram，美国新车评价规程)、LINCAP(LateralImpactNewCarAssessmentProgram，侧面碰撞新车评价规程)、IIHS(InsuranceInstituteforHighwaySafety，公路安全保障协会)等规定的碰撞试验。确定利用加速度传感器测定出的加速度中的、试验实施中的最大值，能够通过利用该加速度的最大值乘以燃料电池200的重量来求出变量Fg。

在上述算式(1)中，变量K1意味着夹设层121的弹簧常数。夹设层121的弹簧常数K1能够通过形成具有与夹设层121相同厚度的小片体的层、并将这样的层作为对象而进行压缩试验来测定。在上述算式(1)中，变量K2意味着燃料电池壳体300的弹簧常数。该弹簧常数K2也同样能够通过将燃料电池壳体300作为对象而进行压缩试验来测定。

在第一实施方式中，由于以使得夹设层121和燃料电池壳体300合在一起的层(以下称作“合成层”)的弹簧常数(K1+K2)变大的方式形成夹设层121，因此，即便假设所假想的惯性力Fg经由燃料电池200施加于合成层，合成层的变形也比允许偏移量X0小。因此，即便在伴随着合成层的变形而产生构成燃料电池200的各燃料电池单元7的位置偏移的情况下，也能够使这样的位置偏移比允许偏移量X0小，能够抑制伴随着燃料电池单元7的位置偏移的、反应气体或者冷却介质的泄漏。换言之，通过以使得合成层具有高刚性的方式形成夹设层121，在图3所示那样的惯性力Fg从燃料电池200传递至合成层(夹设层121以及燃料电池壳体300)的情况下，合成层能够抑制变形并将应力FB向燃料电池200传递。因此，能够抑制燃料电池200中的各燃料电池单元7的位置偏移的产生。

此处，第一实施方式中的夹设层121除了满足上述算式(1)之外，还满足下述算式(2)以及(3)。

K1＝α×E×(1/D)(2)

D＞D0(3)

在上述算式(2)中，常数α是比例常数。在上述算式(2)中，变量E意味着夹设层121的杨氏模量。夹设层121的杨氏模量E能够通过进行弯曲试验求出。在上述算式(2)中，变量D意味着夹设层121的厚度(平均值)。夹设层121的厚度D例如能够用游标卡尺等测定与各燃料电池单元7对应位置的夹设层121的厚度、并根据所得出的测定值计算。变量D0意味着规定为了将燃料电池200收纳于燃料电池壳体300而必要最低限度的燃料电池壳体300的大小的长度。具体而言，变量D0意味着为了将燃料电池200收纳于燃料电池壳体300而必要最低限度的、在垂直于层叠方向垂直的方向上的燃料电池单元7的长度与燃料电池壳体300的长度之间的差分的1/2。

图4是示意地示出变量D0的确定方法的说明图。如图4所示，构成燃料电池200的各燃料电池单元7的在X轴方向上的位置彼此稍微偏移。这样的各燃料电池单元7的位置偏移例如是因制造燃料电池200时的组装误差等而产生的。由于燃料电池200包括各燃料电池单元7的位置偏移，因此燃料电池200的在X轴方向上的长度L0比燃料电池单元7的在X轴方向上的长度L1大。即，沿X轴方向，作为燃料电池200的长度L0与燃料电池单元7的长度L1之间的差分，产生2×D0。因而，若燃料电池壳体300的内侧面的在X轴方向上的长度与燃料电池单元7的在X轴方向上的长度L1相比大2×D0，则能够收纳燃料电池200。由此，如上述算式(3)所示，在各燃料电池单元7与燃料电池壳体300的内侧面之间配置的夹设层121的厚度(平均值)需要满足比长度D0大的条件。此外，虽然省略图示，但在Z轴方向上，也与上述的X轴方向同样会产生各燃料电池单元7的位置偏移，因此，若燃料电池壳体300的内侧面的在Z轴方向上的长度与燃料电池单元7的在Z轴方向上的长度相比大2×D0，则能够收纳燃料电池200。

此外，求出弹簧常数K1、夹设层121的杨氏模量E、夹设层121的平均的厚度D，并将它们代入上述算式(2)，由此能够导出上述的比例常数α。

如上述算式(2)所示，在第一实施方式中，夹设层121的杨氏模量E与夹设层121的厚度D成比例。因此，为了实现相同的弹簧常数K1，通过增大杨氏模量E，能够增大夹设层121的厚度D，能够满足算式(3)。这样，在第一实施方式中，由于能够增大夹设层121的杨氏模量E，因此能够提高夹设层121的刚性而抑制变形的产生。此外，由于能够增大夹设层121的厚度D，因此能够增大燃料电池200与燃料电池壳体300之间的距离。因此，即便形成燃料电池200时的燃料电池单元7的组装误差(公差)比较大，也能够将燃料电池200可靠地收纳于燃料电池壳体300。

如上所述，在第一实施方式的燃料电池装置100中，以使得合成层的弹簧常数变大的方式形成有夹设层121，尤其是以使得夹设层121的杨氏模量变大的方式形成夹设层121。在第一实施方式中，这样的夹设层121通过使用由杨氏模量比较高的基材(砂、玻璃等)构成的小片体，利用如下的方法制造燃料电池装置来实现。

A2.燃料电池的制造方法：

图5是示出第一实施方式的燃料电池装置100的制造方法的顺序的流程图。首先，准备燃料电池壳体300的部件、燃料电池200以及小片体(步骤S105)。燃料电池壳体300的部件意味着端面罩111、上部罩113以及底面罩114。此处，第一实施方式的小片体的直径为上述的变量D0的1/2以下。其次，使用壳体部件，以收纳燃料电池200的方式组装燃料电池壳体300(步骤S110)。

图6是示意性地示出步骤S110的处理的说明图。如图6所示，以覆盖燃料电池200的各面的方式配置端面罩111、上部罩113以及底面罩114，将这些罩彼此组装而完成燃料电池壳体300，并且利用螺栓以及螺母等连接各罩和燃料电池200。此外，在该步骤S110中，未形成图2所示的夹设层121，应形成夹设层121的位置成为空隙。

如图5所示，在步骤S110结束后，一边使燃料电池壳体300以及燃料电池200振动，一边向燃料电池壳体300内部供给小片体而形成夹设层121(步骤S115)。燃料电池壳体300以及燃料电池200的振动例如能够通过利用振动产生装置使收纳有燃料电池200的燃料电池壳体300振动来实现。小片体向燃料电池壳体300内部的供给能够通过打开小片体供给部112的盖部112b并向筒状部112a供给小片体来实现。小片体供给部112在载置燃料电池壳体300后的状态下配置在燃料电池壳体300中最靠铅垂上方的位置。因而，从小片体供给部112供给的小片体借助自重而被向燃料电池200的表面与燃料电池壳体300的内侧面之间的空隙供给。此外，由于燃料电池壳体300以及燃料电池200振动，因此被供给至燃料电池壳体300内部后的小片体被紧密地填充于燃料电池200的表面与燃料电池壳体300的内侧面之间的空隙。并且，由于小片体的直径为变量D0的1/2以下而比较小，因此能够抑制小片体勾挂于燃料电池200的表面与燃料电池壳体300的内侧面之间的空隙的凹凸的情况，并且能够使小片体与小片体之间的空隙比较小。因此，小片体被紧密地填充于燃料电池200的表面与燃料电池壳体300的内侧面之间的空隙。这样，能够紧密地填充小片体，因此能够提高作为夹设层121的杨氏模量。

在上述的步骤S115中，当在燃料电池壳体300内形成夹设层121后，如图2所示，继续填充小片体直至筒状部112a内部被小片体充满。通过预先向筒状部112a内部填充小片体，在伴随着燃料电池装置100的使用而在燃料电池壳体300内部产生空隙的情况下，能够向这样的空隙自动地供给小片体。作为伴随着燃料电池装置100的使用而在燃料电池壳体300内部产生空隙的情况，例如假想燃料电池装置100被搭载于车辆、伴随着这样的车辆的振动而燃料电池壳体300内部的小片体的填充密度上升、从而在燃料电池壳体300产生空隙的情况等。

此处，若过度紧密地填充小片体，则伴随着年久劣化，对燃料电池200施加有使其产生沿着层叠方向的尺寸变化的力，在该情况下，会产生反应气体或者冷却介质的泄漏。因此，在第一实施方式中，将小片体的填充密度调整为能够抑制这样的泄漏的程度。以下，使用图7，对使沿着层叠方向的尺寸产生变化的力进行说明。

图7是示意性地示出燃料电池壳体300和年久劣化后的燃料电池200的说明图。若从燃料电池装置100的使用开始起经过了长时间，则因燃料电池单元7整体的热变形、构成燃料电池单元7的电解质膜1的膨润或收缩等，会产生可使燃料电池200的层叠方向的尺寸产生变化的力。例如，如图7所示，作为能够使位于端部的燃料电池单元7e产生尺寸变化的力，会产生朝向燃料电池200的中央的应力F1。此处，由于位于燃料电池200的端部的燃料电池单元7e的一侧未与其它的燃料电池单元7接触，因此，与其它的燃料电池单元7相比，相对于会使尺寸产生变化的力的、由夹设层121产生的拘束力F2相对较大。因此，在端部的燃料电池单元7e的靠夹设层121的端部被拘束于原来的位置的状态下，仅燃料电池单元7e的中央部朝燃料电池200的中央移动。结果，如图7所示，燃料电池单元7e的端部折弯，由设置于该端部附近的密封部进行的密封被破坏，存在反应气体或者冷却介质漏出的顾虑。因此，在第一实施方式中，以使得拘束力F2比不会在端部的燃料电池单元7e产生密封破坏的程度的允许载荷(允许应力)小的方式形成夹设层121。

允许载荷例如能够通过对燃料电池200供给试验用的气体并进行沿层叠方向施加载荷的弯曲试验而确定不会产生气体泄漏的最大的载荷来求出。夹设层121的拘束力能够通过向夹设层121插入燃料电池单元7、对燃料电池单元7施加载荷而确定在规定期间内移动规定距离的载荷来求出。拘束力F2的调整能够通过调整小片体的填充密度来实现。即，通过使小片体的填充密度上升能够使拘束力F2增加，通过使小片体的填充密度减少能够使拘束力F2降低。小片体的填充密度的调整能够通过调整小片体的平均直径来实现。即，通过缩小小片体的平均直径能够使填充密度增加，通过增大小片体的平均直径能够使填充密度减少。这样，在第一实施方式中，通过调整小片体的平均直径，来进行调整以使得夹设层121的拘束力F2为允许载荷以下，抑制来自燃料电池200的、反应气体或者冷却介质的泄漏的产生。

在以上说明的第一实施方式的燃料电池装置100中，由于在燃料电池200与燃料电池壳体300之间形成夹设层121，且该夹设层121以及燃料电池壳体300满足上述算式(1)，因此，即便相对于燃料电池200施加有所假想的惯性力Fg，且该惯性力Fg施加于夹设层121以及燃料电池壳体300，夹设层121以及燃料电池壳体300的变形量也比变量X0小。因此，即便在伴随着夹设层121以及燃料电池壳体300的变形而产生了构成燃料电池200的各燃料电池单元7的位置偏移的情况下，也能够使该位置偏移比允许位置偏移量X0小。因而，能够抑制来自燃料电池200的、反应气体或者冷却介质的泄漏。

并且，由于夹设层121满足上述算式(2)以及(3)，因此能够增大夹设层121的杨氏模量而提高夹设层121的刚性。因此，能够在将合成层(夹设层121和燃料电池壳体300的层)的弹簧常数(K1+K2)保持为相同值的状态下，降低燃料电池壳体300的弹簧常数K2，降低燃料电池壳体300的刚性。因而，作为燃料电池壳体300的基材，能够使用比较轻的基材(例如树脂)。

并且，由于夹设层121由小片体形成，因此能够在将燃料电池200收纳于燃料电池壳体300后，通过向燃料电池壳体300内供给小片体来形成夹设层121。此外，由于作为小片体能够利用具有变量D0的1/2以下的直径的材料，因此能够在燃料电池200的表面与燃料电池壳体300的内侧面之间的空隙紧密地填充小片体。因此，能够提高夹设层121的杨氏模量，能够增大夹设层121的弹簧常数K1，因此能够缩小燃料电池壳体300的弹性系数K2。因而，能够用刚性低且轻型的材料形成燃料电池壳体300。

并且，由于以使得夹设层121的拘束力F2比不产生反应气体或者冷却介质的泄漏的允许载荷小的方式构成夹设层121，因此，即便在伴随着年久变化而产生了燃料电池200的在层叠方向上的尺寸变化的情况下，也能够抑制来自燃料电池200的、反应气体或者冷却介质的泄漏的产生。

并且，在燃料电池装置100中，由于预先向小片体供给部112(筒状部112a)的内部填充小片体，因此，即便在伴随着燃料电池装置100的使用而在燃料电池壳体300内部产生空隙的情况下，也能够利用小片体供给部112内部的小片体来自动地填埋该空隙。

B.第二实施方式：

图8是第二实施方式的燃料电池装置的剖视图。图2所示的燃料电池装置100a在燃料电池壳体300a的上部罩113a不具备小片体供给部112这一方面、在代替夹设层121而具备夹设层121a这一方面、在夹设层121a也形成于燃料电池200与底面罩114之间这一方面、以及燃料电池装置的制造顺序这一方面，与图2所示的第一实施方式的燃料电池装置100不同，其它结构与第一实施方式的燃料电池装置100相同。

第二实施方式的夹设层121a由多个袋体115形成。袋体115具有在具有挠性的袋部件填充有小片体的构造。作为具有挠性的袋部件，例如能够采用聚乙烯等树脂制的袋、橡胶制的袋。并且，作为袋部件的外观形状，例如能够是球形、圆筒形等任意的形状。第二实施方式的小片体与在第一实施方式中作为夹设层121的基材使用的小片体相同。在图8中，在袋体115与袋体115之间呈现有空隙，但也能够以不产生该空隙的方式铺满袋体115。

这样的燃料电池装置100a例如能够以下述方式制造。首先，准备多个袋体115、燃料电池壳体300的壳体部件以及燃料电池200。其次，在底面罩114载置袋体115，并在其上载置燃料电池200。其次，在燃料电池200的上表面载置袋体115，并将上部罩113a以及端面罩111组装于燃料电池200。并且，例如也可以采用如下的制造方法。首先，准备多个袋体115、燃料电池壳体300的壳体部件以及燃料电池200。其次，在底面罩114载置袋体115，并且在上部罩113a的内侧面中的覆盖燃料电池200的上表面的面装配袋体115。以覆盖燃料电池200的方式将上部罩113a、端面罩111以及底面罩114相互组装在一起将组装于燃料电池200。

具有以上结构的第二实施方式的燃料电池装置100a具有与第一实施方式的燃料电池装置100相同的效果。此外，在第二实施方式的100a中，夹设层121a由袋体115形成，因此能够抑制燃料电池装置100a的制造时的小片体的飞散，能够容易地进行小片体的处理。并且，由于能够在燃料电池200的底面与底面罩114之间也形成夹设层121a，因此，即便在相对于燃料电池200施加有朝向铅垂下方的惯性力的情况下，也能够抑制构成燃料电池200的燃料电池单元7的位置偏移的产生。

C.变形例：

C1.变形例1：

在各实施方式中，作为形成夹设层121以及121a的基材而使用了小片体，但也可以使用小片体以外的其它基材。具体而言，例如，也可以使用将聚氨酯等树脂制的板状部件在厚度方向上压缩而使之固化的部件来作为形成夹设层121以及121a的基材。并且，例如也可以使用由玻璃等构成的棒状部件来作为形成夹设层121以及121a的基材。在这样的结构中，也具有与上述的各实施方式的效果相同的效果。

C2.变形例2：

在各实施方式中，燃料电池壳体300以及300a由端面罩111、上部罩113、113a以及底面罩114合计三个部件构成，但本发明并不限定于此。例如，也可以利用构成覆盖燃料电池200的各面的合计六个板状部件来构成燃料电池壳体300以及300a。并且，也可以利用除上表面之外的其它五个面预先接合的容器状部件、以及构成上表面的盖状部件合计两个部件，来构成燃料电池壳体300以及300a。在这样的结构中，也具有与上述的各实施方式的效果相同的效果。

C3.变形例3：

在各实施方式中，夹设层121以及121a满足上述算式(2)以及(3)，但也可以采用不满足上述(2)以及(3)的结构。在这样的结构中，夹设层121以及121a的杨氏模量低，作为夹设层121以及121a的弹性系数小。然而，由于作为合成层的弹性系数(K1+K2)大，满足上述算式(1)，因此，即便在对燃料电池200施加有惯性力Fg的情况下，也能够抑制燃料电池200中的反应气体或者冷却介质的泄漏的产生。并且，在夹设层121以及121a中，也能够使拘束力F2为允许载荷以上。在该结构中，存在无法抑制伴随着层叠方向的尺寸变化而产生的、反应气体或者冷却介质的泄漏的可能性，但能够抑制在对燃料电池200施加有惯性力Fg的情况下反应气体或者冷却介质的泄漏的产生。

C4.变形例4：

在第一实施方式中，燃料电池200的各面中的、除燃料电池200的两端面以及底面之外的其它面由夹设层121以及燃料电池壳体300覆盖。并且，在第二实施方式中，燃料电池200的各面中的、除燃料电池200的两端面之外的其它面由夹设层121a以及燃料电池壳体300覆盖。然而，本发明不限定于这些结构。例如，也可以采用燃料电池200的各面中的、沿着层叠方向的至少一个侧面由夹设层121、121a以及燃料电池壳体300覆盖的结构。此外，“沿着层叠方向的至少一个侧面”意味着燃料电池200的六个面中的、除两端面之外的其它四个面(上表面、两个端面以及底面)中的至少一个面。并且，代替沿着层叠方向的至少一个侧面整体由夹设层121、121a以及燃料电池壳体300覆盖的结构，也可以采用沿着层叠方向的至少一个侧面中的至少一部分由夹设层121、121a覆盖的结构。即，一般而言，在本发明中能够采用覆盖燃料电池200的沿着层叠方向的侧面的至少一部分的外罩、以及配置于外罩与由外罩覆盖的侧面之间的夹设层。

C5.变形例5：

在各实施方式中，燃料电池装置100以及100a被搭载于电动汽车，但代替电动汽车，也能够应用于混合动力汽车、船舶、机器人等各种移动体。并且，也能够将燃料电池装置100以及100a用作定置型电源。

本发明并不限定于上述的实施方式或实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构来实现。例如，对于与在发明内容一栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、变形例中的技术特征，为了解决上述课题的一部分或者全部、或者为了实现上述效果的一部分或者全部，能够适当地进行替换、组合。并且，只要该技术特征在本说明书中不是作为必需部件来说明，则能够适当地删除。

附图标记的说明：

1…电解质膜；2、3…电极；4…膜电极接合体；5、6…隔板；7、7e…燃料电池单元；10…贯通孔；100、100a…燃料电池装置；111…端面罩；112…小片体供给部；112a…筒状部；112b…盖部；113、113a…上部罩；114…底面罩；115…袋体；121、121a…夹设层；200…燃料电池；300、300a…燃料电池壳体；500…纵梁；F1…应力；F2…拘束力；FB…应力；Fg…惯性力。

Claims (10)

1.一种燃料电池装置，其中，

所述燃料电池装置具备：

燃料电池，该燃料电池具有层叠有多个燃料电池单元的构造；

外罩，该外罩覆盖所述燃料电池的沿着层叠方向的侧面的至少一部分；以及

夹设层，该夹设层配置在所述外罩与由所述外罩覆盖的所述侧面之间，

当将所述夹设层的弹簧常数设为K1、将所述外罩的弹簧常数设为K2、将施加于所述燃料电池的惯性力设为Fg、将所述燃料电池中的所述燃料电池单元的允许偏移量设为X0时，所述外罩以及所述夹设层满足X0＞Fg/(K1+K2)的关系。

2.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其中，

当将所述夹设层的杨氏模量设为E、将所述夹设层的厚度设为D、将所述外罩与由所述外罩覆盖的所述侧面之间的必要最低限度的间隙设为D0、将比例常数设为α时，所述夹设层满足K1＝α×E×(1/D)、以及D＞D0的关系。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池装置，其中，

所述夹设层由多个小片体形成。

4.根据权利要求3所述的燃料电池装置，其中，

所述夹设层对所述多个燃料电池单元中的位于端部的燃料电池单元的拘束力，比相对于该燃料电池单元的沿着所述层叠方向的允许载荷小。

5.根据权利要求3或4所述的燃料电池装置，其中，

所述小片体的外观形状为球形，

所述小片体的平均直径为所述外罩与由所述外罩覆盖的所述侧面之间的必要最低限度的间隙的1/2以下。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的燃料电池装置，其中，

所述外罩覆盖所述燃料电池的沿着层叠方向的全部侧面，并且在载置所述燃料电池后的状态下覆盖所述燃料电池的铅垂上表面的面具有供给所述小片体的供给部，

所述供给部具有收纳部和被收纳于所述收纳部的所述小片体，利用所述小片体的重量来向所述外罩与所述燃料电池之间供给小片体。

7.根据权利要求1或2所述的燃料电池装置，其中，

所述夹设层由封入有多个小片体且具有挠性的袋体形成。

8.根据权利要求3～7中任一项所述的燃料电池装置，其中，

所述小片体包括砂、树脂制珠、玻璃珠中的至少一种。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的燃料电池装置，其中，

向所述燃料电池供给反应气体以及冷却介质，

所述允许偏移量是所述燃料电池单元在与所述层叠方向垂直的方向上的位置的偏移量，是在所述燃料电池中不会发生所述反应气体或者所述冷却介质的泄漏的上限的偏移量。

10.一种燃料电池装置的制造方法，其中，

所述燃料电池装置的制造方法具备：

(a)准备具有层叠有多个燃料电池单元的构造的燃料电池的工序；

(b)以覆盖所述燃料电池的沿着层叠方向的全部侧面的方式利用外罩覆盖所述燃料电池的工序；以及

(c)一边对所述外罩和所述燃料电池施加振动、一边向所述外罩与所述燃料电池之间供给小片体，从而在所述外罩与所述侧面之间形成由所述小片体形成的夹设层的工序，

所述工序(c)包括：

(c1)形成满足如下关系的层来作为所述夹设层的工序：当将所述夹设层的弹簧常数设为K1、将所述外罩的弹簧常数设为K2、将施加于所述燃料电池的惯性力设为Fg、将所述燃料电池中的所述燃料电池单元的允许偏移量设为X0时，X0＞Fg/(K1+K2)。