CN105591146A - 燃料电池及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料电池及燃料电池系统，在呈层叠多个单位电池而成的层叠结构的燃料电池中，抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。燃料电池具备：层叠体，将多个单位电池层叠而成；端板，配置在层叠体的层叠方向的至少一端；燃料电池壳体，具备开口部并将层叠体收容于内部，所述开口部具有具备多个角部的大致多边形形状的外周形状；及多个种类的连结件，将端板在堵塞燃料电池壳体的开口部的状态下固定于燃料电池壳体，并且所述多个种类的连结件的耐载荷各不相同，多个种类的连结件中的耐载荷最高的种类的连结件配置在开口部的多个角部中的至少一个角部。

Description

燃料电池及燃料电池系统

本申请主张基于在2014年11月12日提出申请的申请编号2014-229648号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。

技术领域

本发明涉及燃料电池及燃料电池系统。

背景技术

已知有在将单位电池层叠多个而成的层叠体的两端具备端板的燃料电池。在这样的燃料电池中，提出了在燃料电池壳体内收纳层叠体，在利用一方的端板将开口部堵塞的状态下，利用螺栓将端板固定于燃料电池壳体的结构(JP2013-228192A)。

发明内容

【发明要解决的课题】

在呈层叠单位电池而成的层叠结构的燃料电池中，为了维持层叠状态并良好地确保单位电池间的接触状态，而沿层叠方向施加压缩载荷。如上所述，在端板通过螺栓固定于燃料电池壳体的结构中，以往，从空间效率的观点出发而采用轴径(标称直径)小的螺栓。向层叠体施加的压缩载荷由将端板与燃料电池壳体连结的螺栓来保持，因此若是轴径小的螺栓的话，则由于与压缩载荷相伴的反力，而存在螺栓的轴伸长(塑性变形)的可能性。当螺栓的轴伸长时，在端板与燃料电池壳体之间产生间隙，无法良好地维持层叠体的压缩状态，向层叠体施加的压缩载荷可能会降低。因此，在呈层叠多个单位电池而成的层叠结构的燃料电池中，希望一种抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低的技术。

【用于解决课题的方案】

本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式来实现。

(1)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池。该燃料电池具备：层叠体，将多个单位电池层叠而成；端板，配置在所述层叠体的层叠方向的至少一端；燃料电池壳体，具备开口部并将所述层叠体收容于内部，所述开口部具有具备多个角部的大致多边形形状的外周形状；及多个种类的连结件，将所述端板在堵塞所述燃料电池壳体的所述开口部的状态下固定于所述燃料电池壳体，并且所述多个种类的连结件的耐载荷各不相同，所述多个种类的连结件中的所述耐载荷最高的种类的所述连结件配置在所述开口部的所述多个角部中的至少一个所述角部。

根据该方式的燃料电池，耐载荷最高的种类的连结件配置在燃料电池壳体的开口部的角部。燃料电池壳体的开口部的角部由于刚性高，因此伴随着向层叠体施加的压缩载荷，在配置于角部的连结件上沿着连结件的轴向作用有大的力(以下，也称为轴力)。耐载荷最高的种类的连结件配置于燃料电池壳体的开口部的角部，因此即使大的轴力作用于连结件，与配置耐载荷低的种类的连结件的情况下相比也能够抑制连结件的轴向的变形(延伸)，能够抑制端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生，能够抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。在同一材料的连结件的情况下，连结件的轴径越大，耐载荷越高。因此，在大的轴力作用于连结件的部位配置耐载荷高的连结件，在其他部位配置耐载荷低(与耐载荷高的连结件相比而言)的连结件，由此能够抑制连结件的配置空间，并高效率地确保端板与燃料电池壳体的连结强度，能够抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。作为耐载荷不同的多个种类的连结件，当使用轴径统一而改变材料的强度的连结件时，能够进一步抑制连结件的配置空间。

(2)在上述方式的燃料电池中，可以是，配置所述耐载荷最高的种类的连结件的所述角部是所述层叠体的附近的所述角部。在层叠体的一端配置的端板中，层叠体的附近较大地作用有与向层叠体施加的压缩载荷相伴的反力。因此，在燃料电池壳体的开口部的角部配置的螺栓中的配置于层叠体的附近的角部的螺栓上作用有更大的轴力。因此，当在层叠体的附近的角部(更大的轴力作用的部位)配置耐载荷高的连结件时，能够高效率地抑制作用于端板的反力，能够进一步抑制端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生，能够更好地抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。

(3)在上述方式的燃料电池中，可以是，所述多个种类的连结件是标称直径为M6的螺栓及标称直径为M8的螺栓这两种，所述耐载荷最高的种类的连结件是所述标称直径为M8的螺栓。这样的话，能够抑制连结件的配置空间，同时高效率地确保端板与燃料电池壳体的连结强度，抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。本说明书中的“标称直径为M～”表示按照“ISO(国际标准化机构)米螺纹”规格的外螺纹的外径尺寸(也称为轴径)。例如，“标称直径为M6”是指外螺纹的外径为大致6mm。

(4)在上述方式燃料电池中，可以是，所述燃料电池具备至少两个所述耐载荷最高的种类的连结件，在用直线将分别配置在两个所述角部的所述耐载荷最高的种类的连结件的轴心连接的情况下，所述直线横穿作为所述单位电池层叠的面的层叠面。通过耐载荷高的连结件进行了连结的部位能抑制端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生，因此以将两个耐载荷高的连结件的轴心连接的直线横穿单位电池的层叠面的方式配置耐载荷高的连结件时，与将两个耐载荷高的连结件的轴心连接的直线未横穿单位电池的层叠面的情况下相比，能够更好地抑制端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生。

(5)根据本发明的另一方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备上述方式的燃料电池、用于使所述燃料电池工作的辅机、及将所述辅机收容于内部且固定于所述端板的辅机罩，其中，所述耐载荷最高的种类的连结件配置在所述辅机罩内。根据该方式的燃料电池系统，以将至少两个连结件的轴心连接的直线横穿单位电池的层叠面的方式配置的耐载荷最高的种类的连结件被配置在辅机罩内。因此，例如，即使使用者错误地将配置于辅机罩外的连结件拆下，通过耐载荷最高的种类的连结件，也能确保端板与燃料电池壳体的连结状态，因此层叠体的压缩状态被解除的可能性降低。

(6)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池。该燃料电池具备：层叠体，将多个单位电池层叠而成；端板，配置在所述层叠体的层叠方向的至少一端；燃料电池壳体，具备开口部并将所述层叠体收容于内部；及多个种类的连结件，将所述端板在堵塞所述燃料电池壳体的所述开口部的状态下固定于所述燃料电池壳体，并且所述多个种类的连结件的耐载荷各不相同，所述燃料电池壳体的所述开口部具备至少一个与所述开口部的其他部分相比刚性较高的高刚性部，所述多个种类的连结件中的所述耐载荷最高的种类的所述连结件配置在所述开口部的所述高刚性部。

根据该燃料电池，耐载荷最高的种类的连结件配置于燃料电池壳体的开口部的高刚性部。伴随着向层叠体施加的压缩载荷，在燃料电池壳体的开口部的高刚性部配置的连结件上沿着连结件的轴向作用有大的轴力。耐载荷最高的种类的连结件配置于燃料电池壳体的开口部的高刚性部，因此即使大的轴力作用于连结件，与配置耐载荷低的种类的连结件的情况下相比也能够抑制连结件的轴向的变形(延伸)，能够抑制端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生，能够抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。在同一材料的连结件的情况下，连结件的轴径越大，耐载荷越高。因此，在大的轴力作用于连结件的部位配置耐载荷高的连结件，在其他部位配置耐载荷低(与耐载荷高的连结件相比而言)的连结件，由此能够抑制连结件的配置空间，同时高效率地确保端板与燃料电池壳体的连结强度，能够抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。

(7)在上述方式的燃料电池中，可以是，在所述燃料电池壳体的所述开口部具备多个所述高刚性部的情况下，所述耐载荷最高的种类的连结件配置在所述层叠体的附近的所述高刚性部。在配置于层叠体的一端的端板中，层叠体的附近较大地作用有与向层叠体施加的压缩载荷相伴的反力。因此，在燃料电池壳体的开口部的高刚性部配置的螺栓中的配置于层叠体的附近的高刚性部的螺栓上作用有更大的轴力。因此，当在层叠体的附近的高刚性部(更大的轴力作用的部位)配置耐载荷高的连结件时，能够高效率地抑制作用于端板的反力，能够进一步抑制端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生，能够更好地抑制向层叠体施加的压缩载荷的降低。

需要说明的是，本发明能够以各种方式实现。例如，能够以搭载有燃料电池系统的移动体等方式实现。

附图说明

图1是用于说明作为本发明的一实施方式的燃料电池系统的概略结构的说明图。

图2是表示燃料电池系统的一部分的概略结构的分解立体图。

图3是表示燃料电池壳体的概略结构的俯视图。

图4是表示前端侧端板的概略结构及螺栓的配置的俯视图。

【标号说明】

10…燃料电池系统

17…泵面

30…氢供排系统

31…氢罐

32…喷射器

33、34、35、37…配管

39…截止阀

40…空气供排系统

41、42…配管

43…气流计

44…空气压缩器

46…调压阀

50…冷却系统

51…配管

53…冷却水泵

54…散热器

60…控制部

84…外部负载

100…单位电池

110…层叠体

115…燃料电池主体

120…燃料电池壳体

121…开口部

122～129…角部

131、132、133…张力轴

140…氢泵

150…辅机罩

160E…集电板

160F…集电板

161…集电端子

165E…绝缘板

170E…后端侧端板

170F…前端侧端板

172IN…燃料气体供给孔

172OT…阳极废气排出孔

174IN…氧化剂气体供给孔

174OT…阴极废气排出孔

176IN…冷却水供给孔

176OT…冷却水排出孔

178、179…螺栓

200…燃料电池

W…配置框

具体实施方式

A.实施方式；

A1.燃料电池系统的结构：

图1是用于说明作为本发明的一实施方式的燃料电池系统的概略结构的说明图。本实施方式的燃料电池系统10主要具备燃料电池200、对作为燃料气体的氢进行供排的氢供排系统30、对作为氧化剂气体的空气进行供排的空气供排系统40、对燃料电池200进行冷却的冷却系统50、对燃料电池系统10进行控制的控制部60。

燃料电池200是比较小型且发电效率优异的固体高分子型燃料电池，通过作为燃料气体的纯氢与作为氧化剂气体的空气中的氧在各电极处产生电化学反应而得到电动势。燃料电池200呈层叠多个单位电池(未图示)而成的堆叠结构，其层叠数根据燃料电池200要求的输出而能够任意设定。

在氢供排系统30中，从贮存高压氢的氢罐31放出氢，通过喷射器32控制流量，经由配管33，向燃料电池200的阳极供给氢。阳极废气被导入配管34，在气液分离器(未图示)处分离了水分之后，经由配管37返回配管33。通过气液分离器分离出的阳极废气中的水分经由配管35向大气中排出。在配管35上设有截止阀39，阳极废气中的水分在截止阀39打开时被排出。在配管37上设有氢泵140，调整上述的阳极废气中的氢的循环流量。

在空气供排系统40中，由空气压缩器44压缩后的压缩空气经由配管41向燃料电池200的阴极供给。阴极废气经由配管42向大气中放出。在配管41上，在空气压缩器44的上游侧设有气流计43，计测空气压缩器44取入的外部空气的量。由空气压缩器44产生的空气的供给量基于气流计43的计测值而被控制。在配管42上设有压力计(未图示)和调压阀46，基于由压力计测得的阴极废气的压力计测值，来调整调压阀46的开度。

冷却系统50主要具备配管51、冷却水泵53、散热器54。冷却水通过冷却水泵53，在配管51中流动，在燃料电池200内循环而对燃料电池200进行了冷却之后，由散热器54冷却，再次向燃料电池200供给。

控制部60由具备中央处理装置和主存储装置的微型计算机构成。控制部60受理来自外部负载84的输出电力的要求，根据其要求，对上述的燃料电池系统10的各构成部及PCU(PowerControlUnit；动力控制单元)82进行控制，使燃料电池200发电。除了上述结构以外，还可以具备压力计、温度计、电流计、电压计等。

图2是表示燃料电池系统的一部分的概略结构的分解立体图。如图所示，本实施方式的燃料电池系统10具备燃料电池200、氢泵140、3根张力轴131、132、133(将3根张力轴也一并称为张力轴130)、燃料电池壳体120、辅机罩150。在以下的说明中，将图2中的z轴正方向表现为前、将z轴负方向表现为后、将y轴正方向表现为上、将y轴负方向表现为下。实施方式的氢泵140相当于权利要求中的辅机。本实施方式的燃料电池200和燃料电池壳体120相当于权利要求中的燃料电池。

燃料电池200是在将单位电池100沿z轴方向(以下，也称为“层叠方向”)层叠多个而成的层叠体110的前侧依次层叠集电板160F、前端侧端板170F，在层叠体110的后侧依次层叠集电板160E、绝缘板165E、后端侧端板170E而成的层叠结构。在以下的说明中，将除了前端侧端板170F之外的、依次层叠有集电板160F、层叠体110、集电板160E、绝缘板165E、后端侧端板170E的部分也称为燃料电池主体115。而且，在不需要区分集电板160F、160E的情况下，称为集电板160。实施方式的前端侧端板170F相当于权利要求中的端板。

单位电池100具备阳极侧隔板(未图示)、阴极侧隔板(未图示)、密封构件一体型MEA(MembraneElectrodeAssembly；膜电极接合体)(未图示)。单位电池100在其周缘具备燃料气体供给孔、阳极废气排出孔、6个氧化剂气体供给孔、7个阴极废气排出孔、3个冷却水供给孔、及3个冷却水排出孔。以下，将这些供给孔及排出孔也一并称为“供排孔”。这些供排孔与集电板160F及前端侧端板170F的各供排孔(后述)相连。当层叠多个单位电池100而构成燃料电池200时，通过这些供排孔，形成向各单位电池100供给作为燃料气体的氢、作为氧化剂气体的空气、及冷却水的歧管、从各单位电池100排出阳极废气、阴极废气及冷却水的歧管。需要说明的是，在上述的供排孔的周围形成未图示的密封部，通过密封部，确保层叠单位电池100时的隔板间及隔板与集电板160之间的歧管的密封性。

前端侧的集电板160F及后端侧的集电板160E收集各单位电池100的发电电力，经由集电端子161向外部输出。前端侧的集电板160F在其周缘具备与单位电池100同样的供排孔。后端侧的集电板160E不具备这些供排孔。绝缘板165E是绝缘性的树脂板，后端侧端板170E是铝制的金属板。绝缘板165E和后端侧端板170E与集电板160E同样地不具备相当于上述的单位电池100具备的供排孔那样的供排孔。这是由于将反应气体(氢、空气)及冷却水从前端侧的前端侧端板170F经由供给歧管向各个单位电池100供给，并将来自各个单位电池100的排出气体及排出水(冷却水)从前端侧端板170F经由排出歧管向外部排出的类型的燃料电池的缘故。但是，没有限定于此，例如，可以设为从前端侧端板170F供给反应气体及冷却水并从后端侧端板170E将排出气体及排出水(冷却水)向外部排出的类型等各种类型。

燃料电池壳体120如图所示，前侧开口且后侧由壳体端面(未图示)堵塞。燃料电池主体115收容在燃料电池壳体120内，前端侧端板170F在将燃料电池壳体120的前侧的开口堵塞的状态下由螺栓固定。在此状态下，构成前端侧端板170F、集电板160F、层叠体110、集电板160E、绝缘板165E、后端侧端板170E依次层叠而成的燃料电池200。

在燃料电池主体115的下侧(图2中的y轴负方向)配置有张力轴130，承受燃料电池主体115产生的载荷。张力轴130的前侧与前端侧端板170F连接，后侧与壳体端面连接。燃料电池壳体120的下侧开口，在内部收容有燃料电池主体115的状态下由壳体盖部(未图示)堵塞。

在燃料电池壳体120的后侧的壳体端面形成有冲压用贯通孔(未图示)。在燃料电池壳体120内部收容燃料电池主体115，在前端侧端板170F连结于燃料电池壳体120的状态下，从燃料电池壳体120外经由上述的冲压用贯通孔，通过冲压轴(未图示)，向后端侧端板170E施加燃料电池200的层叠方向的按压力，并利用载荷调整螺钉(未图示)在按压后端侧端板170E的状态下固定，由此向层叠体110施加层叠方向的按压力(压缩载荷)。向层叠体110施加的压缩载荷由将前端侧端板170F与燃料电池壳体120连结的螺栓(后述)保持。由此，维持燃料电池200的各构成构件的层叠状态，并良好地维持各构成构件间的接触状态。

氢泵140如上所述调整从燃料电池200排出的阳极废气中的氢的循环流量，向燃料电池200供给。氢泵140如图所示固定于前端侧端板170F。

辅机罩150的后侧开口，在内部收容有氢泵140的状态下，以后侧的开口由前端侧端板170F堵塞的方式固定于前端侧端板170F。在本实施方式中，辅机罩150在内部收容氢泵140，但也可以将空气压缩器44、冷却水泵53等其他辅机收容于内部。而且，氢泵140固定于前端侧端板170F，但也可以固定于辅机罩150。

A2.燃料电池壳体的结构：

图3是表示燃料电池壳体的概略结构的俯视图。在图3中，图示出燃料电池壳体120的开口部121。如图所示，燃料电池壳体120的开口部121呈具备角部122、123、124、125、126、127、128、129的大致八边形的外周形状。开口部121的上述角部122～129分别在角部带有圆角(倒角)。由于像这样在角部带有倒角，因此称为“大致”八边形。如图2所示，燃料电池壳体120的开口部121的形状与燃料电池壳体120的开口部121附近的截面形状大体一致。在燃料电池壳体120的开口部121的角部122、126、及128形成有供标称直径为M6的螺栓螺合的螺纹孔138，在角部124及129形成有供标称直径为M8的螺栓螺合的螺纹孔139。在燃料电池壳体120的开口部121的上边(与x轴平行的边)上形成有6个螺纹孔138(供标称直径为M6的螺栓螺合)，在开口部121的下边(与x轴平行的边)上形成有4个螺纹孔138(供标称直径为M6的螺栓螺合)。

本实施方式的燃料电池壳体120由聚丙烯(PP)形成。燃料电池壳体120如图2所示，xy截面呈开口部121那样的具有多个角部的大致多边形形状，根据其形状，这些角部比其他部分(面)的刚性高。同样，在燃料电池壳体120的开口部121，角部122～129比其他部分(角部以外的各边)的刚性高。需要说明的是，形成燃料电池壳体120的材料没有限定为PP。也可以使用例如聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)等其他树脂。

A3.前端侧端板的结构及螺栓的配置：

图4是表示作为本发明的一实施方式的前端侧端板的概略结构及螺栓的配置的俯视图。在图4中，图示出固定氢泵140的面(以下，也称为泵面)。如上所述，前端侧端板170F经由集电板160F而配置在层叠体110的前端侧。在图4中，为了表示前端侧端板170F与层叠体110的位置关系，将配置层叠体110的位置利用单点划线表示作为配置框W。而且，如上所述，在前端侧端板170F上连接张力轴131、132、133。在图4中，张力轴131、132、133的配置由虚线图示。

前端侧端板170F呈与燃料电池壳体120的前侧的开口(图2)大致相同的外周形状。如图4所示，前端侧端板170F在配置框W内的周缘附近形成有燃料气体供给孔172IN、阳极废气排出孔172OT、氧化剂气体供给孔174IN、阴极废气排出孔174OT、冷却水供给孔176IN、冷却水排出孔176OT。在前端侧端板170F经由集电板160F而层叠于层叠体110的前端侧的情况下，各供排孔与形成于层叠体110的各歧管连通。

前端侧端板170F在与燃料电池壳体120的螺纹孔138对应的位置形成有供标称直径为M6的螺栓178螺合的螺纹孔(未图示)，在与螺纹孔139对应的位置形成有供标称直径为M8的螺栓179螺合的螺纹孔(未图示)。在图4中，图示出在形成于前端侧端板170F的上述螺纹孔中分别螺合有标称直径M6的螺栓178和标称直径M8的螺栓179的状态。需要说明的是，在图4中，前端侧端板170F固定于燃料电池壳体120时的燃料电池壳体120的开口部121处的角部122～129以带括弧的方式图示。

螺栓178及179是由碳素钢构成的带凸缘的六角螺栓。如上所述，螺栓178的轴的标称直径为M6，螺栓179的轴的标称直径为M8，螺栓179的轴径比螺栓178的轴径大，因此螺栓179比螺栓178的耐载荷高。

以堵塞燃料电池壳体120的开口部121的方式配置前端侧端板170F，多个螺栓178及179与形成于前端侧端板170F和燃料电池壳体120的多个螺纹孔138及139分别螺合，前端侧端板170F与燃料电池壳体120由多个螺栓178及179连结，由此将前端侧端板170F固定于燃料电池壳体120。

在本实施方式中，在燃料电池壳体120的开口部121的角部122、124、及129(图4中以带括弧的方式图示)分别配置的螺栓178或螺栓179配置于层叠体110的附近。在燃料电池壳体120的开口部121配置的螺栓上作用的轴力通过伴随着向层叠体110施加的压缩载荷而作用于前端侧端板170F的反力来产生。因此，与配置在从层叠体110分离的位置的螺栓相比，配置在层叠体110的附近的螺栓上作用的轴力增大。而且，在配置形成有内螺纹的螺纹孔的燃料电池壳体120的开口部121，在配置于刚性高的部位的螺栓上作用有比配置于刚性低的部位的螺栓高的轴力。如上所述，在燃料电池壳体120的开口部121中，由于角部的刚性高，因此在燃料电池壳体120的开口部121配置的全部的螺栓178、179中，配置于开口部121的角部且配置于层叠体110的附近的螺栓上作用有比其他螺栓大的轴力。

在本说明书中，层叠体110的附近是指与层叠体110的外周面的距离为层叠体110的层叠面(层叠单位电池100的面)的短边的长度H(参照图4)的20％以下的范围。如图4所示，设在燃料电池壳体120的开口部121的角部122、124、126、128、129分别配置的螺栓178或螺栓179的轴心与层叠体110的侧面的距离为L1、L2、L3、L4、L5，层叠体110的层叠面(xy平面)的短边的长度为H的情况下，距离L1、L2、L5为短边的长度H的20％以下，距离L3、L4大于短边的长度H的20％。即，在本实施方式中，在燃料电池壳体120的开口部121的角部且在层叠体110的附近的角部122、124及129配置的螺栓178、179上作用有比其他螺栓178大的轴力。需要说明的是，在本实施方式中，单位电池100呈长方形的四个角被切缺的大致长方形形状，但是在考虑层叠体110与螺栓的距离时，除了单位电池100的外周形状的切缺之外，看作为长方形形状而测量与各螺栓的距离。这是因为，切缺部分的面积比单位电池100的层叠面(xy面)的面积小，而且，前端侧端板170F为了承受向层叠体110施加的压缩载荷而具有高刚性，因此伴随着向层叠体110施加的压缩载荷，在考虑作用于螺栓的轴力时，切缺部分的影响十分微少的缘故。

在本实施方式中，在燃料电池壳体120的开口部121的角部124及129配置耐载荷高的螺栓179。如上所述，在燃料电池壳体120的开口部121的角部124及129配置的螺栓179上作用有大的轴力，但是由于螺栓179的耐载荷高，因此能够抑制轴力引起的螺栓179的轴的变形(延伸)。需要说明的是，在本实施方式中，在层叠体110的下边附近配置张力轴130，张力轴130的一端与燃料电池壳体120连接，另一端与前端侧端板170F连接。即，在层叠体110的下边附近向层叠体110施加的压缩载荷由张力轴130维持，因此在配置于角部126的螺栓178上未作用大的轴力。

在本实施方式中，配置耐载荷高的螺栓179的部位(角部)基于利用CAE(ComputerAidedEngineering)系统模拟了作用于各螺栓的载荷(轴力)的结果来决定。燃料电池壳体120的开口部121的角部122是层叠体110的附近的角部，但是根据模拟结果，在配置于角部122的螺栓上作用的载荷是标称直径M6的螺栓178也能耐受的载荷，因此考虑空间效率而配置螺栓178。通过减少螺栓179的根数，能够减小螺栓的配置空间。

而且，在前端侧端板170F的泵面17上固定辅机罩150。在图4中，为了表示前端侧端板170F与辅机罩150的位置关系，而利用双点划线表示辅机罩150的配置。在本实施方式中，在燃料电池壳体120的开口部121的角部122、124、126、128、及129配置的螺栓178及179收容于辅机罩150的内部。

前端侧端板170F是使用铝通过高压铸造而制造的铸铝件，在与集电板160F接触的面上涂敷有绝缘性的树脂。因此，当将前端侧端板170F配置成与集电板160F接触时，前端侧端板170F与燃料电池主体115被电绝缘。需要说明的是，也可以取代铝，使用钛、不锈钢、它们的合金、铝与它们的合金等。而且，也可以不实施基于绝缘性的树脂的涂层，而在前端侧端板170F与集电板160F之间具备与绝缘板165E同样的绝缘板。

A4.实施方式的效果：

在实施方式的燃料电池200中，通过标称直径M6的螺栓178和标称直径M8的螺栓179将前端侧端板170F固定于燃料电池壳体120。如上所述，向层叠体110施加层叠方向的压缩载荷，压缩载荷的反力沿层叠方向作用于前端侧端板170F。因此，在将前端侧端板170F与燃料电池壳体120连结的螺栓178、179上沿轴向作用有力。在前端侧端板170F的xy平面上，层叠体110的轮廓(图4的配置框W)附近较大地作用有压缩载荷的反力。而且，在燃料电池壳体120的开口部121，由于角部的刚性高，因此作用于螺栓178、179的轴力高。因此，作用于螺栓178、179的轴力在燃料电池壳体120的开口部121的角部(刚性高的部位)且在层叠体110的附近变得更高。在实施方式的燃料电池200中，将在燃料电池壳体120的角部中的层叠体110的轮廓的附近的角部124和角部129配置的螺栓设为比螺栓178的耐载荷高的标称直径M8的螺栓179。因此，与配置螺栓178的情况相比，能抑制螺栓179沿层叠方向的伸长(变形)，能够抑制前端侧端板170F与燃料电池壳体120之间的间隙的产生。其结果是，能够抑制向层叠体110施加的压缩载荷的降低。

在燃料电池200中，如上所述，关于高轴力作用于螺栓的部位，使用耐载荷高的螺栓179，在其他部位，使用比螺栓179的耐载荷低且轴径小的螺栓178。因此，能够抑制连结件的配置空间，并高效率地确保端板与燃料电池壳体的连结强度，良好地维持层叠体110的压缩状态，抑制向层叠体110施加的压缩载荷的降低。

在燃料电池200中，当利用直线将2根螺栓179的轴心连接时，该直线横穿层叠体110的层叠面。因此，伴随着向层叠体110施加的压缩载荷而作用于前端侧端板170F的反力能够由2根耐载荷高的螺栓179充分承受，即使其他部位设为耐载荷低的螺栓178，也能更好地抑制前端侧端板170F与燃料电池壳体120之间的间隙的产生。

而且，在实施方式的燃料电池系统10中，在燃料电池壳体120的开口部121的角部122、124、126、128、129配置的螺栓178、179配置在内部收容有氢泵140的辅机罩150内。例如，存在为了氢泵140等的辅机的检修等而使用者拆下辅机罩150的情况。这种情况下，在开口部121的角部122、124、126、128、129配置的螺栓178、179配置在辅机罩150内，因此能够防止使用者错误地拆下这些螺栓的情况。在实施方式的燃料电池系统10中，2根耐载荷高的螺栓179配置在辅机罩150内，因此即使假设使用者错误地拆下配置于辅机罩150外的螺栓178，也能减轻前端侧端板170F从燃料电池壳体120脱落而燃料电池主体115从燃料电池壳体120飞出的可能性。

B.变形例：

需要说明的是，本发明并不局限于上述的实施方式或实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种形态实施。例如，发明内容一栏记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换、组合。而且，该技术特征在本说明书中只要不是作为必须的特征进行说明，就可以适当删除。例如可以进行如下的变形。

(1)在上述实施方式中，作为将前端侧端板170F固定于燃料电池壳体120的螺栓，例示了带凸缘的六角螺栓，但是没有限定于此。例如，也可以是不带凸缘的六角螺栓、带六角孔的螺栓等其他螺栓类、小螺钉类等螺钉，还可以是铆钉等不具有螺纹牙的连结件。

(2)在上述实施方式中，示出了使用标称直径为M6的螺栓178和标称直径为M8的螺栓179的例子，但没有限定于此，只要使用耐载荷不同的两种以上的连结件即可。例如，可以使用标称直径为M5的螺栓和标称直径为M6的螺栓，也可以使用标称直径为M8的螺栓和标称直径为M10的螺栓。可以考虑作用于螺栓的轴力和配置螺栓的空间等而适当设定。将耐载荷相对高的螺栓配置在开口部的角部(刚性高的部位)，将耐载荷低(轴径细)的螺栓配置在其他部位，由此能够抑制螺栓的配置空间，并抑制向层叠体110施加的压缩载荷的降低。

(3)在上述实施方式中，示出了使用轴径不同的两种螺栓的例子，但也可以使用材料不同的两种螺栓。即便如此，也能够形成耐载荷不同的两种螺栓。例如，可以取代螺栓179而使用不锈钢制的标称直径M6的螺栓(比螺栓178的耐载荷高)。而且，也可以取代螺栓179而使用相对于构成螺栓178的碳素钢而碳量增加的碳素钢制的标称直径M6的螺栓。而且，还可以取代螺栓179而使用通过对螺栓178的轴实施热处理而提高了耐载荷的螺栓。即便如此，也能够抑制螺栓的配置空间，并抑制向层叠体110施加的压缩载荷的降低。

(4)在上述实施方式中，示出了2根螺栓179在燃料电池壳体120的开口部121配置于层叠体110的附近的角部124、129的例子，但没有限定于此。即便不是层叠体110的附近，只要配置在燃料电池壳体120的开口部121的角部即可。燃料电池壳体120的开口部121的角部比其他部分(边)的刚性高，因此在螺栓上容易作用大的轴力。因此，通过将耐载荷高的螺栓179配置在燃料电池壳体120的开口部121的角部，与仅使用螺栓178将前端侧端板170F固定于燃料电池壳体120的情况下相比，能抑制螺栓的轴的变形(伸长)，能够抑制向层叠体110施加的压缩载荷的降低。但是，配置于层叠体110的附近的螺栓作用有更高的轴力，因此优选将在燃料电池壳体120的开口部121的角部且在层叠体110的附近配置的螺栓设为耐载荷高的螺栓。

(5)在上述实施方式中，使用2根耐载荷高的螺栓179，但只要使用至少1根即可。即使通过将1根耐载荷高的螺栓配置在燃料电池壳体120的开口部121的角部，与仅使用螺栓178将前端侧端板170F固定于燃料电池壳体120的情况相比，也能抑制螺栓的轴的变形(伸长)，能够抑制向层叠体110施加的压缩载荷的降低。但是，如上述实施方式那样，使用2根以上的耐载荷高的螺栓，将配置的耐载荷高的螺栓的轴心间连接的直线以横穿单位电池100的层叠面的方式配置时，能够更良好地抑制作用于前端侧端板170F的反力，因此优选。而且，耐载荷高的螺栓179可以使用3根以上的比燃料电池壳体120的开口部121的角部的个数(在上述实施方式中为“8”)少的个数。通过将全部的螺栓179分别配置于角部，能够确保空间效率，并抑制前端侧端板170F与燃料电池壳体120的间隙的产生，能够抑制层叠体110的压缩载荷的降低。

(6)在上述实施方式中，示出了在燃料电池壳体120的开口部121的角部122、124、126、128、129配置的螺栓178、179配置于内部收容有氢泵140的辅机罩150内的例子，但是只要至少将耐载荷高的2根螺栓179配置在辅机罩150内即可。若通过耐载荷高的2根螺栓179将前端侧端板170F固定于燃料电池壳体120，则即使假设拆下其他螺栓178，维持前端侧端板170F的固定状态的可能性也高。因此，能够降低将前端侧端板170F与燃料电池壳体120的固定状态解除引起的燃料电池主体115从燃料电池壳体120飞出的可能性。

(7)在上述实施方式中，示出了耐载荷高的螺栓179配置在燃料电池壳体120的开口部121的角部的例子，但是没有限定为角部。例如，在燃料电池壳体120的开口部121，也可以配置在板厚较厚等的刚性高的部位。在燃料电池壳体120的开口部121配置于刚性高的部位的螺栓上作用有大的轴力，因此通过在燃料电池壳体120的开口部121的刚性高的部位配置耐载荷高的螺栓，能够抑制螺栓沿层叠方向伸长(变形)的情况，能够抑制前端侧端板170F与燃料电池壳体120之间的间隙的产生。其结果是，能够抑制向层叠体110施加的压缩载荷的降低。需要说明的是，在燃料电池壳体120的开口部121，更优选在层叠体110的附近且在刚性高的部位配置耐载荷高的螺栓179。本变形例的刚性高的部位相当于权利要求中的高刚性部。

(8)在上述实施方式中，示出了使用耐载荷不同的两种螺栓178、179将前端侧端板170F固定于燃料电池壳体120的例子，但也可以使用耐载荷不同的3种以上的螺栓。这种情况下，只要将耐载荷最高的螺栓配置在燃料电池壳体120的开口部121的角部或刚性高的部位即可。

(9)在上述实施方式中，示出了前端侧端板170F通过螺栓固定于燃料电池壳体120的例子，但没有限定于此。燃料电池壳体也可以设为在后端侧也具备开口部且后端侧端板170E通过螺栓而固定于后端侧的开口部的结构。这种情况下，可以将后端侧端板170E设为与前端侧端板170F同样的结构。这样的话，在后端侧端板上也能确保空间效率，并抑制螺栓的轴的变形(伸长)，能够抑制后端侧端板与燃料电池壳体之间的间隙的产生。

(10)燃料电池壳体120的开口部121的形状没有限定为上述实施方式。例如，也可以是大致三角形、大致四边形(长方形)、大致五边形、大致六边形等(包括角部进行了倒角的形状)。即使在这样的情况下，通过将耐载荷高的种类的螺栓配置于角部，也能确保空间效率，并抑制螺栓的轴的变形(伸长)，能够抑制端板与燃料电池壳体的间隙的产生。

(11)在上述实施方式中，示出了前端侧端板170F呈与燃料电池壳体120的开口部121大致相同的外周形状的例子，但是没有限定于此。端板只要是能够将燃料电池壳体120的开口部121堵塞的形状即可，其外周形状可以成形为各种。即使在端板的外周形状与燃料电池壳体120的开口部121不同的情况下，只要将端板以堵塞燃料电池壳体120的开口部121的方式配置并在开口部121的角部配置耐载荷高的螺栓179即可。

Claims (8)

1.一种燃料电池，具备：

层叠体，将多个单位电池层叠而成；

端板，配置在所述层叠体的层叠方向的至少一端；

燃料电池壳体，具备开口部并将所述层叠体收容于内部，所述开口部具有具备多个角部的大致多边形形状的外周形状；及

多个种类的连结件，将所述端板在堵塞所述燃料电池壳体的所述开口部的状态下固定于所述燃料电池壳体，并且所述多个种类的连结件的耐载荷各不相同，

所述多个种类的连结件中的所述耐载荷最高的种类的所述连结件配置在所述开口部的所述多个角部中的至少一个所述角部。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，

配置所述耐载荷最高的种类的连结件的所述角部是所述层叠体的附近的所述角部。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的燃料电池，其中，

所述多个种类的连结件是标称直径为M6的螺栓及标称直径为M8的螺栓这两种，

所述耐载荷最高的种类的连结件是所述标称直径为M8的螺栓。

4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的燃料电池，其中，

所述燃料电池具备至少两个所述耐载荷最高的种类的连结件，

在用直线将分别配置在两个所述角部的所述耐载荷最高的种类的连结件的轴心连接的情况下，所述直线横穿作为所述单位电池层叠的面的层叠面。

5.一种燃料电池系统，具备权利要求4所述的燃料电池、用于使所述燃料电池工作的辅机、及将所述辅机收容于内部且固定于所述端板的辅机罩，其中，

所述耐载荷最高的种类的连结件配置在所述辅机罩内。

6.一种燃料电池，具备：

层叠体，将多个单位电池层叠而成；

端板，配置在所述层叠体的层叠方向的至少一端；

燃料电池壳体，具备开口部并将所述层叠体收容于内部；及

多个种类的连结件，将所述端板在堵塞所述燃料电池壳体的所述开口部的状态下固定于所述燃料电池壳体，并且所述多个种类的连结件的耐载荷各不相同，

所述燃料电池壳体的所述开口部具备至少一个与所述开口部的其他部分相比刚性较高的高刚性部，

所述多个种类的连结件中的所述耐载荷最高的种类的所述连结件配置在所述开口部的所述高刚性部。

7.根据权利要求6所述的燃料电池，其中，

在所述燃料电池壳体的所述开口部具备多个所述高刚性部的情况下，

所述耐载荷最高的种类的连结件配置在所述层叠体的附近的所述高刚性部。

8.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中，

所述多个种类的连结件是由相同材料形成且外螺纹的外形尺寸不同的螺栓。