JP2002298901A

JP2002298901A - 燃料電池スタック

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Publication number: JP2002298901A
Application number: JP2001099545A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kikuchi; 英明菊池; Seiji Sugiura; 誠治杉浦; Yoshinori Wariishi; 義典割石
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-11
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: US20020142209A1; DE10213558A1; DE10213558B4; US6855448B2; CA2379284C; CA2379284A1; JP4672892B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの小型化かつ軽量化を図りな
がらも、単セルに対する略均等な締め付け力および構成
部材の電気的な接触を維持する。【解決手段】底板８０、第１側板８２ａ、第２側板８２
ｂおよび天井板８４からなるケース５４に複数個の単セ
ル１２が積層されてなるセルスタック１３を収容し、ケ
ース５４の両開口端にエンドプレート５２ａ、５２ｂを
配置する。ケース５４とエンドプレート５２ａ、５２ｂ
とを、タブ部７２ａ、７２ｂ、１００ａ〜１００ｃの貫
通孔７５、１０２にピン１０４が係合されてなるヒンジ
機構１０６によって連結し、燃料電池スタック５０を構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池スタック
に関し、一層詳細には、小型かつ軽量な燃料電池スタッ
クに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な燃料電池スタックの要部拡大断
面図を図５に示す。この燃料電池スタック１０は、複数
個の単セル１２が互いに電気的に直列接続されるととも
に図５における左右方向に積層されてなるセルスタック
１３を備える。

【０００３】単セル１２は、アノード側電極１４とカソ
ード側電極１６との間に電解質層１８が介装されること
により構成された接合体２０と、該接合体２０を挟持す
る１対のセパレータ２２ａ、２２ｂとを備える。両セパ
レータ２２ａ、２２ｂには、アノード側電極１４に対向
する面に該アノード側電極１４に燃料ガス（例えば、水
素を主成分とする水素含有ガス）を供給・排出するため
の第１ガス流路２４が設けられる一方、カソード側電極
１６に対向する面に該カソード側電極１６に酸化剤ガス
（例えば、酸素を含有する酸素含有ガス）を供給・排出
するための第２ガス流路２６が設けられる。なお、接合
体２０は、額縁状シール部材３０の開口部に収容保持さ
れている。

【０００４】セルスタック１３における両端に位置する
単セル１２、１２には、集電用電極３４ａ、３４ｂがそ
れぞれ電気的に接続される。さらに、該集電用電極３４
ａ、３４ｂの外側に漏電防止用の絶縁プレート３６ａ、
３６ｂを介してエンドプレート３８ａ、３８ｂがそれぞ
れ配置され、各エンドプレート３８ａ、３８ｂの外側に
バックアッププレート４０ａ、４０ｂがそれぞれ配置さ
れることにより、燃料電池スタック１０が構成される。
なお、エンドプレート３８ａとバックアッププレート４
０ａとの間には、複数個の皿ばね４２が介装されてい
る。

【０００５】以上の構成において、燃料電池スタック１
０の周縁部には、一方のバックアッププレート４０ａか
ら他方のバックアッププレート４０ｂに至るまで延在す
る複数個の貫通孔４４が形成されている。図５および図
６に示されるように、これら貫通孔４４には各々タイロ
ッド４６が通されており、該タイロッド４６にナット４
８（図５参照）が螺合されることにより両バックアップ
プレート４０ａ、４０ｂが締め付けられることに伴っ
て、セルスタック１３、集電用電極３４ａ、３４ｂ、エ
ンドプレート３８ａ、３８ｂが締め付け保持される。こ
の際、皿ばね４２が圧縮される。

【０００６】さらに、燃料電池スタック１０の第１ガス
入口通路６２（図６参照）および第１ガス出口通路６４
には燃料ガス供給・排出機構が連結され、その一方で、
第２ガス入口通路６６および第２ガス出口通路６８に酸
化剤ガス供給・排出機構が連結される。また、冷却水入
口通路７０、冷却水出口通路７１には、冷却水供給・排
出機構がそれぞれ連結される。なお、図６中、参照符号
７４は、燃料電池スタック１０を自動車車体に連結する
ボルト（連結部材）を通すべく図示しない貫通孔が設け
られたマウント用ボス部を示す。

【０００７】このような燃料電池スタック１０を運転す
るに際しては、該燃料電池スタック１０に冷却水を流通
させた状態でアノード側電極１４に水素含有ガスが供給
され、かつカソード側電極１６に空気等の酸素含有ガス
が供給される。水素含有ガス中の水素は、アノード側電
極１４において、以下の反応式（Ａ）に示されるように
電離し、その結果、水素イオンおよび電子が生成する。

【０００８】２Ｈ₂→４Ｈ⁺＋４ｅ …（Ａ）このうち、水素イオンは、電解質層１８を介してカソー
ド側電極１６へ移動する。一方、電子は、アノード側電
極１４およびカソード側電極１６に電気的に接続された
外部回路に取り出され、該外部回路を付勢するための直
流の電気エネルギとして利用される。

【０００９】その後、電子はカソード側電極１６へと至
り、該カソード側電極１６に移動した水素イオンおよび
該カソード側電極１６に供給された酸素含有ガス中の酸
素とともに以下の反応式（Ｂ）に示される反応を起こ
し、水を生成する。

【００１０】Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ→２Ｈ₂Ｏ …（Ｂ）運転の最中、燃料電池スタック１０が熱膨張を起こす
と、その熱膨張量に応じて皿ばね４２が圧縮または伸張
する。このため、熱膨張後の燃料電池スタック１０にお
いても、セルスタック１３に対する締め付け力が略均等
な状態に維持される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にタイロッド４６にてバックアッププレート４０ａ、４
０ｂ同士を締め付ける場合、燃料電池スタック１０の外
寸が大きくなってしまうという不具合がある。この理由
は、燃料電池スタック１０の周縁部にタイロッド４６を
通す貫通孔４４を設けるための孔部形成代Ｓが必要とな
るからである（図６参照）。

【００１２】また、各タイロッド４６の締め付け力は均
等でなければならない。他の箇所に比して緩やかに締め
付けられた箇所は、運転に際して燃料電池スタック１０
が熱膨張を起こしたときに締め付け力が低下することが
あり、その結果、セルスタック１３に接触不良が発生す
ることに伴って内部抵抗が増加することによって燃料電
池スタック１０の発電特性が低下してしまうことがある
からである。このような事態を回避するために、バック
アッププレート４０ａ、４０ｂとしては、タイロッド４
６による締め付け力が大きな場合においても撓みが生じ
ないように厚肉なものが使用される。しかしながら、こ
のこともまた燃料電池スタック１０の外寸を大きくする
一因となっている。バックアッププレート４０ａ、４０
ｂが厚肉であるので、燃料電池スタック１０における積
層方向の寸法が大きくなるからである。この結果、必然
的に燃料電池スタック１０の重量も大きくなり、したが
って、該燃料電池スタック１０を搭載する自動車車体を
走行させる際に大きな駆動力が必要になる。

【００１３】タイロッド以外で燃料電池スタックを保持
する構造としては、特開平７−２４９４２６号公報、特
開平７−３３５２４３号公報および特開平９−９２３２
４号公報に記載されているように、収容ケースもしくは
スタック容器等に燃料電池スタックを収容することが知
られている。また、特開２０００−４８８５０号公報に
は、２枚のプレッシャプレートの４方の隅角部同士を断
面略Ｌ字型の保持部材によって連結することが提案され
ている。

【００１４】しかしながら、上記したいずれの場合にお
いても、燃料電池スタックの小型化は図れるものの、単
セルを均等な締め付け力で加圧することが困難であり、
運転時に燃料電池スタックが熱膨張を起こした際に当該
各燃料電池スタックの内部抵抗が増加する懸念があるこ
とが指摘されている。

【００１５】また、例えば、高剛性な収容ケースやスタ
ック容器、あるいは保持部材に比してセルスタックの熱
膨張量が大きい場合には、セルスタックの熱膨張が抑制
されてしまうので該セルスタックに著しく大きな熱応力
が作用することになる。このような状況下では、最終的
に燃料電池スタックを構成する部材が変形してしまうこ
とがあり、結局、セルスタックの接触不良、ひいては当
該燃料電池スタックの内部抵抗の増加を招く懸念があ
る。

【００１６】本発明は上記した問題を解決するためにな
されたもので、小型かつ軽量で、かつ単セルの積層体を
均等な締め付け力で加圧することが容易であり、しか
も、構成部材同士の電気的な接触を良好に維持すること
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。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、燃料ガスが供給されるアノード側電
極、酸化剤ガスが供給されるカソード側電極、および前
記アノード側電極と前記カソード側電極との間に介装さ
れた電解質を有する接合体と、前記燃料ガスを供給する
ための燃料ガス供給路または前記酸化剤ガスを供給する
ための酸化剤ガス供給路が設けられて前記接合体を挟持
する１対のセパレータとを備える単セルが所定数で互い
に電気的に直列接続された積層体を具備するとともに、
前記積層体の外側に集電用電極を介してエンドプレート
がそれぞれ配設された燃料電池スタックであって、前記
積層体および前記集電用電極は、少なくとも一側面が着
脱可能なケースに収容されており、かつ前記ケースの開
口端部には、前記エンドプレートがヒンジ機構によって
該ケースに連結されていることを特徴とする。

【００１８】このような構成の燃料電池スタックにおい
ては、前記ケースおよび前記エンドプレートからの締め
付けによって積層体が保持される。すなわち、タイロッ
ドが不要となるので、タイロッドを通す貫通孔を設ける
ための孔部形成代も不要となる。しかも、この場合、バ
ックアッププレートを使用する必要がなくなる上、エン
ドプレートとして薄肉のものを使用しても積層体を略均
等な締め付け力で保持することができる。換言すれば、
本発明においては、小型かつ薄肉のエンドプレートを用
いるとともに、バックアッププレートを可及的に使用せ
ずに燃料電池スタックを構成するようにしている。この
ため、燃料電池スタックを小型化かつ軽量化することが
できる。

【００１９】また、積層体がケースに収容されるので、
組立作業者や他の物体が集電体またはセパレータ等に接
触してしまうことがない。このため、組立作業者が感電
することを回避することができる。

【００２０】さらに、燃料電池スタックの運転に際して
当該燃料電池スタックが熱膨張を起こした場合において
も、積層体に対する略均等な締め付け力を維持すること
ができる。このため、例えば、セパレータと接合体等、
燃料電池スタックを構成する部材同士の電気的な接触が
良好に維持されるので、当該燃料電池スタックの内部抵
抗が上昇して発電特性が低下することを回避することが
できる。

【００２１】さらにまた、前記ケースの少なくとも一端
面が脱着可能であるので、該ケースに単セルを容易に収
容することができる。

【００２２】その上、エンドプレートとケースとをヒン
ジ機構によって連結するようにしているので、燃料電池
スタックが熱膨張を起こした際、エンドプレートはヒン
ジ機構を支点として中央部から容易に撓むことができ
る。すなわち、燃料電池スタックの熱膨張が妨げられる
ことがない。したがって、燃料電池スタックに熱応力が
作用することを抑制することができる。

【００２３】なお、前記ケースが金属材料からなる場合
には、該ケースが前記集電用電極から離間するようにケ
ースの寸法を設定すればよい。これにより、集電用電極
からケースへと電流が流れること、すなわち、漏電を回
避することができる。

【００２４】漏電を回避するためには、金属材料からな
るケースの内表面に絶縁材料を被覆するようにしてもよ
い。

【００２５】上記したような燃料電池スタックは、例え
ば、自動車車体に搭載することができる。この場合、燃
料電池スタックと自動車車体とを連結する連結部材を通
すためのマウント用ボス部を前記エンドプレートに設け
るようにすればよい。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る燃料電池スタ
ックにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照
して詳細に説明する。なお、図５および図６に示される
構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、
場合によってはその詳細な説明を省略する。

【００２７】本実施の形態に係る燃料電池スタックの概
略全体斜視図を図１に示す。この燃料電池スタック５０
は、複数個の単セル１２が矢印Ａ方向に積層されかつ互
いに電気的に直列接続されてなるセルスタック１３と、
該セルスタック１３における両端部に位置する単セル１
２、１２の外側に集電用電極３４ａ、３４ｂを介してそ
れぞれ配設されたエンドプレート５２ａ、５２ｂと、セ
ルスタック１３を収容するためのケース５４を備える。

【００２８】燃料電池スタック５０の要部拡大断面図で
ある図２に示されるように、単セル１２は、アノード側
電極１４とカソード側電極１６との間に電解質層１８が
介装されることにより構成された接合体２０を備える。
電解質層１８としては、ポリテトラフルオロエチレンス
ルホン酸の薄膜に水を含浸させたもの等のような水素イ
オン導電体が選定される。

【００２９】アノード側電極１４およびカソード側電極
１６は、カーボンクロス等からなるガス拡散層（図示せ
ず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒
子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されてなる電極
触媒層（図示せず）とをそれぞれ有し、電極触媒層同士
が電解質層１８を介して対向するように該電解質層１８
に接合されている。このうち、電解質層１８は額縁状シ
ール部材５６の開口部に収容保持されており、一方、カ
ソード側電極１６またはアノード側電極１４はガスケッ
ト５８ａ、５８ｂの開口部に収容保持されている。単セ
ル１２は、これらガスケット５８ａ、５８ｂと接合体２
０を保持する額縁状シール部材５６とが１対のセパレー
タ６０ａ、６０ｂで挟持されることによって構成され
る。

【００３０】勿論、図３に示すように、これらセパレー
タ６０ａ、６０ｂにも第１ガス流路２４および第２ガス
流路２６がそれぞれ設けられている。

【００３１】ここで、エンドプレート５２ａ、セパレー
タ６０ａ、６０ｂ、ガスケット５８ａ、５８ｂおよび額
縁状シール部材５６の各左上端部には水素含有ガスを通
過させるための第１ガス入口通路６２が設けられてお
り、かつその対角位置には、未反応の水素含有ガスを通
過させるための第１ガス出口通路６４が設けられている
（図１参照）。同様に、各右上端部には酸素含有ガスを
通過させるための第２ガス入口通路６６が設けられてお
り、その対角位置には、未反応の酸素含有ガスを通過さ
せるための第２ガス出口通路６８が設けられている。勿
論、第１ガス入口通路６２および第１ガス出口通路６４
はいずれも第１ガス流路２４に連通しており、一方、第
２ガス入口通路６６および第２ガス出口通路６８はいず
れも第２ガス流路２６に連通している。

【００３２】エンドプレート５２ａ、セパレータ６０
ａ、６０ｂ、ガスケット５８ａ、５８ｂおよび額縁状シ
ール部材５６には、さらに、第１ガス入口通路６２と第
２ガス出口通路６８との間、および、第２ガス入口通路
６６と第１ガス出口通路６４との間に、冷却水入口通路
７０、冷却水出口通路７１がそれぞれ設けられている。

【００３３】セルスタック１３の両端に位置する単セル
１２、１２の外側に漏電防止用の絶縁プレート３６ａ、
３６ｂを介して配置されるエンドプレート５２ａ、５２
ｂの周縁部には、図１および図４に示すように、タブ部
７２ａ、７２ｂが上下側面または左右側面にそれぞれ複
数個突出形成されている。また、図１および図４におけ
る左右側面の下方には、マウント用ボス部７４、７４も
突出形成されている。そして、これらタブ部７２ａ、７
２ｂおよびマウント用ボス部７４、７４には、貫通孔７
５、７６がそれぞれ形成されている（図１参照）。

【００３４】ここで、絶縁プレート３６ｂとエンドプレ
ート５２ｂとの間には支持板７７が介装されている。こ
の支持板７７における単セル１２側の端面には、冷却水
入口通路７０、冷却水出口通路７１に連通する冷却水タ
ーン通路７８が形成されており、また、エンドプレート
５２ｂ側の端面には、図示しない複数本の支軸が固定さ
れている。さらに、各々の支軸には皿ばね４２が支持さ
れている。

【００３５】ケース５４は、底板８０、第１側板８２
ａ、第２側板８２ｂおよび天井板８４からなり、これら
はボルト８６によって互いに締結される。すなわち、底
板８０の両側面の一部が鉛直上方に屈曲されることによ
って設けられた立ち上がり部８８、８８と、天井板８４
の両側面の一部が鉛直下方に屈曲されることによって設
けられた垂下部９０、９０には、複数個のボルト穴９
２、９２がそれぞれ設けられている。一方、第１側板８
２ａおよび第２側板８２ｂの両側面には段状縁部９４、
９４が設けられており、各々の該段状縁部９４、９４に
は、立ち上がり部８８、８８および垂下部９０、９０の
各ボルト穴９２、９２に対応する位置にボルト孔９６、
９６がそれぞれ設けられている。各ボルト８６はボルト
孔９６を通ってボルト穴９２に螺合され、これによりケ
ース５４が構成される。すなわち、このケース５４は互
いに脱着可能な４枚の板８０、８２ａ、８２ｂおよび８
４からなり、該ケース５４の両端部は開口端である。

【００３６】なお、天井板８４には、集電用電極３４
ａ、３４ｂの端子部９７、９７を突出させるための切欠
溝９８、９８が２箇所に設けられている。

【００３７】そして、底板８０、第１側板８２ａ、第２
側板８２ｂおよび天井板８４の各両端部には、それぞ
れ、複数個のタブ部１００ａ〜１００ｃが突出形成され
ている。このうち、底板８０または天井板８４のタブ部
１００ａ、１００ｃは、エンドプレート５２ａ、５２ｂ
の上下側面のタブ部７２ａに噛合する位置にそれぞれ形
成されている（図４参照）。また、第１側板８２ａまた
は第２側板８２ｂのタブ部１００ｂは、エンドプレート
５２ａ、５２ｂの右左側面のタブ部７２ｂおよびマウン
ト用ボス部７４に噛合する位置にそれぞれ形成されてい
る。

【００３８】勿論、底板８０、第１側板８２ａ、第２側
板８２ｂおよび天井板８４のタブ部１００ａ〜１００ｃ
にも貫通孔１０２が設けられており、したがって、図４
に示す状態においては、タブ部７２ａ、７２ｂの貫通孔
７５とタブ部１００ａ〜１００ｃの貫通孔１０２とが互
いに重ね合わせられる。

【００３９】互いに重ね合わされた貫通孔７５、１０２
には、ピン１０４（図１参照）がそれぞれ係合され、こ
れによりヒンジ機構１０６が構成される。すなわち、エ
ンドプレート５２ａ、５２ｂは、ヒンジ機構１０６によ
ってケース５４の両開口端部に連結される。この際、支
持板７７とエンドプレート５２ｂとの間に介装された皿
ばね４２が圧縮され、したがって、エンドプレート５２
ｂは、皿ばね４２によって単セル１２の積層方向（矢印
Ａ方向）外方に指向して常時弾発付勢される。

【００４０】なお、皿ばね４２および該皿ばね４２を支
持する前記支軸は、エンドプレート５２ｂの一端面に設
けられた凹部１０８に挿入される。

【００４１】このように、本実施の形態に係る燃料電池
スタック５０では、エンドプレート５２ａ、５２ｂおよ
びケース５４にタブ部７２ａ、７２ｂ、１００ａ〜１０
０ｃをそれぞれ設け、該タブ部７２ａ、７２ｂ、１００
ａ〜１００ｃの貫通孔７５、１０２にピン１０４を通し
てヒンジ機構１０６を構成することによりエンドプレー
ト５２ａ、５２ｂとケース５４とを連結するようにして
いる。タブ部７２ａ、７２ｂ、１００ａ〜１００ｃはエ
ンドプレート５２ａ、５２ｂおよびケース５４から僅か
に突出させることにより設ければよく、したがって、エ
ンドプレート５２ａ、５２ｂの外寸を、タイロッド４６
（図５参照）を通す貫通孔４４を設けるための孔部形成
代Ｓ（図６参照）を必要とするバックアッププレート４
０ａ、４０ｂに比して著しく小さくすることができる。
換言すれば、燃料電池スタック５０を小型化することが
できるので、この燃料電池スタック５０を自動車車体に
搭載する際のスペースも狭小化することができる。

【００４２】しかも、エンドプレート５２ａ、５２ｂと
ケース５４とがピン１０４で連結されるので、薄肉のエ
ンドプレート５２ａ、５２ｂを使用する場合であって
も、単セル１２に対する締め付け力が略均等となる。ま
た、エンドプレート５２ａ、５２ｂとして軽量なものを
使用することができ、かつ従来技術に係る燃料電池スタ
ック１０のようにバックアッププレート４０ａ、４０ｂ
を使用する必要がない。すなわち、燃料電池スタック５
０を軽量に構成することもできる。

【００４３】さらに、ケース５４を互いに脱着可能な４
枚の板８０、８２ａ、８２ｂおよび８４から構成するよ
うにしたので、単セル１２を該ケース５４に容易に収容
することができる。

【００４４】この場合、ケース５４は金属材料から構成
されているので、漏電を防止するために集電用電極３４
ａ、３４ｂから所定間隔で離間して配置される。なお、
エンドプレート５２ａ、５２ｂは絶縁プレート３６ａ、
３６ｂによって集電用電極３４ａ、３４ｂと電気的に絶
縁されているので、該エンドプレート５２ａ、５２ｂか
らケース５４へと電流が流れることはない。

【００４５】上記のようにして構成された燃料電池スタ
ック５０は、図示しない自動車車体の所定の箇所に配置
された後、エンドプレート５２ａ、５２ｂの各マウント
用ボス部７４、７４の貫通孔７６、７６に通された図示
しないボルトが前記自動車車体に設けられたボルト穴に
螺合されることにより該自動車車体に位置決め固定され
る。

【００４６】この状態で、エンドプレート５２ａの第１
および第２ガス入口通路６２、６６に水素含有ガス供給
源、酸素含有ガス供給源（ともに図示せず）がそれぞれ
連結され、かつ第１および第２ガス出口通路６４、６８
にガス回収機構（図示せず）がそれぞれ連結される。さ
らに、エンドプレート５２ａの冷却水入口通路７０に図
示しない冷却水供給源が連結される一方で、冷却水出口
通路７１に図示しない冷却水回収機構が連結される。

【００４７】この燃料電池スタック５０は、以下のよう
に動作する。

【００４８】まず、該燃料電池スタック５０の近傍に配
置された図示しないヒータを付勢する。これにより燃料
電池スタック５０が加熱され、所定の運転温度まで昇温
される。

【００４９】燃料電池スタック５０が昇温した後、水素
含有ガス供給源および酸素含有ガス供給源から水素含有
ガス、酸素含有ガスをそれぞれ供給する。このうち、水
素含有ガスは、第１ガス入口通路６２および第１ガス流
路２４を介してアノード側電極１４の電極触媒層に到達
する。そして、該電極触媒層上で、水素含有ガス中の水
素が上記反応式（Ａ）に従って電離する。また、水素含
有ガス中の水素以外の成分および未反応の水素は、第１
ガス流路２４および第１ガス出口通路６４を介して前記
ガス回収機構へと送気される。

【００５０】電離によって生成した水素イオンは、電解
質層１８を透過してカソード側電極１６の電極触媒層に
到達する。また、電子は、集電用電極３４ａを介して燃
料電池スタック５０の外部へと取り出され、図示しない
モータ等の負荷を付勢する電気エネルギとして使用され
た後、集電用電極３４ｂを介してカソード側電極１６の
電極触媒層に到達する。

【００５１】一方、酸素含有ガスは、第２ガス入口通路
６６および第２ガス流路２６を介してカソード側電極１
６の電極触媒層に到達する。そして、酸素含有ガス中の
酸素は、該電極触媒層に到達した水素イオンおよび電子
と、上記反応式（Ｂ）に従って互いに結合する。なお、
酸素含有ガス中の酸素以外の成分、未反応の酸素および
生成した水蒸気は、第２ガス流路２６および第２ガス出
口通路６８を介して前記ガス回収機構へと送気される。

【００５２】このように運転されている間に燃料電池ス
タック５０の作動温度が上昇するので、冷却水供給源か
ら冷却水を供給して燃料電池スタック５０を冷却する。
この冷却水は、燃料電池スタック５０の冷却水入口通路
７０を介して矢印Ａ方向（図１参照）に沿って流通され
た後、支持板７７に設けられた冷却水ターン通路７８を
介して冷却水出口通路７１に導入され、最終的に冷却水
回収機構によって回収される。

【００５３】また、運転の最中には、燃料電池スタック
５０が熱膨張を起こすが、この熱膨張量に応じて皿ばね
４２が圧縮または伸張する。したがって、熱膨張後の燃
料電池スタック５０においてもセルスタック１３に対す
る締め付け力が略均等な状態に維持されるので、セパレ
ータ６０ａ、６０ｂと接合体２０との電気的な接触が良
好に維持される。このため、燃料電池スタック１０の発
電特性が低下することを回避することができる。

【００５４】しかも、この場合、エンドプレート５２
ａ、５２ｂとケース５４とがヒンジ機構１０６で連結さ
れているので、例えば、燃料電池スタック５０の熱膨張
量がケース５４に比して大きい場合、エンドプレート５
２ａ、５２ｂは、燃料電池スタック５０の積層方向（矢
印Ａ方向）外方に指向して膨出するように中央部から容
易に撓む。このため、単セル１２をケース５４に収容し
たことに伴って燃料電池スタック５０の熱膨張が妨げら
れるようになることはない。したがって、燃料電池スタ
ック５０に熱応力が作用することを抑制することができ
る。結局、燃料電池スタック５０が熱応力によって変形
することを回避することができるので、該燃料電池スタ
ック５０を構成する部材同士の電気的な接触を良好に維
持することができる。

【００５５】なお、ケース５４と集電用電極３４ａ、３
４ｂとは、両者が熱膨張した際においても互いに接触し
ない距離で離間されていることはいうまでもない。

【００５６】このように、本実施の形態では、セルスタ
ック１３をケース５４に収容し、かつ該ケース５４の開
口端部にヒンジ機構１０６によってエンドプレート５２
ａ、５２ｂを連結するようにしているので、燃料電池ス
タック５０の小型化および軽量化を図ることができると
ともに、セルスタック１３に対する締め付け力を略均等
にすることができる。これにより、燃料電池スタック５
０を構成する部材同士を確実に電気的に接触させること
ができる。

【００５７】なお、上記した実施の形態においては、ケ
ース５４と集電用電極３４ａ、３４ｂとを互いに所定間
隔で離間させることによって両者を電気的に絶縁するよ
うにしているが、ケース５４の内表面に絶縁ゴムやポリ
テトラフルオロエチレン等の絶縁材料を被覆して両者を
絶縁するようにしてもよい。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る燃料
電池スタックによれば、該燃料電池スタックを構成する
単セルの積層体をケースに収容し、かつ該ケースの開口
端部にヒンジ機構によって薄肉のエンドプレートを連結
するようにしている。このため、バックアッププレート
が不要となり、しかも、バックアッププレート同士がタ
イロッド等で連結された燃料電池スタックに比して外寸
が著しく小さくなる。すなわち、燃料電池スタックを小
型化かつ軽量化することができるという効果が達成され
る。

【００５９】また、このような構成とすることにより、
燃料電池スタックの運転時に該燃料電池スタックが熱膨
張を起こしても単セルの積層体に対する締め付け力を略
均等に維持することもできる。すなわち、この燃料電池
スタックを構成する各部材同士を確実に電気的に接触さ
せることができるので、該燃料電池スタックの発電特性
が低下することを回避することもできる。

【００６０】さらに、前記ケースの少なくとも一端面を
脱着可能としたので、該ケースに単セルを収容すること
が著しく容易となる。

【００６１】さらにまた、エンドプレートとケースとを
ヒンジ機構で連結するようにしているので、エンドプレ
ートは容易に撓むことができる。このため、燃料電池ス
タックの熱膨張が妨げられることはない。したがって、
燃料電池スタックに熱応力が作用することを抑制するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る燃料電池スタックの概略全
体斜視図である。

【図２】図１の燃料電池スタックの要部拡大断面図であ
る。

【図３】図１の燃料電池スタックを構成する単セルの概
略全体斜視図である。

【図４】図１の燃料電池スタックの概略正面図である。

【図５】従来技術に係る燃料電池スタックの要部拡大断
面図である。

【図６】図５の燃料電池スタックの概略正面図である。

【符号の説明】

１０、５０…燃料電池スタック１２…単セル１３…セルスタック（積層体）１４…アノード側電
極１６…カソード側電極１８…電解質層２０…接合体２２ａ、２２ｂ、６０ａ、６０ｂ…セパレータ３４ａ、３４ｂ…集電用電極３６ａ、３６ｂ…絶
縁プレート３８ａ、３８ｂ、５２ａ、５２ｂ…エンドプレート４０ａ、４０ｂ…バックアッププレート４２…皿ばね４６…タイロッド５４…ケース７２ａ、７２ｂ、１００ａ〜１００ｃ…タブ部７４…マウント用ボス部８０…底板８２ａ、８２ｂ…側板８４…天井板１０４…ピン１０６…ヒンジ機構

フロントページの続き (72)発明者割石義典埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 5H026 CC03 CX10 EE02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスが供給されるアノード側電極、酸
化剤ガスが供給されるカソード側電極、および前記アノ
ード側電極と前記カソード側電極との間に介装された電
解質を有する接合体と、前記燃料ガスを供給するための
燃料ガス供給路または前記酸化剤ガスを供給するための
酸化剤ガス供給路が設けられて前記接合体を挟持する１
対のセパレータとを備える単セルが所定数で互いに電気
的に直列接続された積層体を具備するとともに、前記積
層体の外側に集電用電極を介してエンドプレートがそれ
ぞれ配設された燃料電池スタックであって、前記積層体および前記集電用電極は、少なくとも一側面
が着脱可能なケースに収容されており、かつ前記ケースの開口端部には、前記エンドプレートが
ヒンジ機構によって該ケースに連結されていることを特
徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】請求項１記載の燃料電池スタックにおい
て、前記ケースが金属材料からなり、かつ該ケースは前
記集電用電極から離間していることを特徴とする燃料電
池スタック。
【請求項３】請求項１記載の燃料電池スタックにおい
て、前記ケースが金属材料からなり、かつ内表面に絶縁
材料が被覆されていることを特徴とする燃料電池スタッ
ク。
【請求項４】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、当該燃料電池スタックが自動車
車体に搭載されるものであり、前記エンドプレートに
は、当該燃料電池スタックと前記自動車車体とを連結す
る連結部材を通すためのマウント用ボス部が設けられて
いることを特徴とする燃料電池スタック。