JP2006099983A - 燃料電池ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】車両から伝達される振動に対する強度を保ち、重量を軽量化する燃料電池ユニットを提供する。
【解決手段】単位セルを積層したスタック列５ａ、５ｂを並列に並べ、スタック列５ａ、５ｂの１枚のエンドプレート６ａと１枚のプレッシャプレート８によってスタック列５ａ、５ｂを加圧し締結する。また、エンドプレート６ａとプレッシャプレート８にブラケット３を接続し、燃料電池スタック２をケース４を介さずに車体１１に取り付ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料電池ユニットに関するものであり、特に車両に搭載する燃料電池ユニットと取り付け構造に関するものである。

従来、燃料電池ユニットを車体に取り付ける場合に、取り付けプレートを介して車体に取り付けるものが、特許文献１に開示されている。
特開２００１−６８１４０号公報

しかし、燃料電池ユニットは防水、防塵のためケースに収納された状態で車両に搭載されるが、ケースなどの取り付けプレートを介して取り付ける場合には、車両の振動、歪みに対する強度を保つために取り付けプレートの剛性を強くしなければならず、例えばアルミ系の取り付けプレートを使用し、更にその厚さを厚くしなければならず、取り付けプレートの重量が重くなる、すなわち燃料電池ユニットの重量が重くなるといった問題点がある。

本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、車両の振動、歪みに対する強度を保ち、かつ燃料電池ユニットの重量を軽くすることを目的とする。

本発明では、単位セルを積層したセル積層体を複数有する燃料電池スタックと、燃料電池スタックを収納するケースと、を備えた燃料電池ユニットにおいて、並列に並んだ複数のセル積層体を単位セルの積層方向両側から加圧する一対の加圧プレートと、加圧プレートを車体に連結するブラケットと、を備える。そしてケースは、ブラケットと連結する。

本発明によると、並列に並んだ複数のセル積層体を有する燃料電池スタックを一対の加圧プレートによって加圧し、加圧プレートと車体をブラケットによりケースを介さずに直接接続する。加圧プレートは、セル積層体の変形を防ぐために剛性が高い部材が使用されているが、この加圧プレートと車体をブラケットにより直接連結することで、車両からの振動に対する強度を保つことができ、ケースの厚さを薄くする、つまり燃料電池ユニットの重量を軽くすることができる。

本発明の第１実施形態の構成を図１、図２を用いて説明する。図１はこの実施形態の燃料電池ユニット１の車体取り付け方向正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。なお、図１については、ケース４の一部（車体取り付け方向正面側の一部）を省略している。燃料電池ユニット１は、燃料電池スタック２と、燃料電池を車体１１に取り付けるブラケット３と、燃料電池スタック２を収納するケース４とから構成される。

燃料電池スタック２は、単位セルを積層したスタック列（セル積層体）５ａ，５ｂと、スタック列５ａ、５ｂの一方の端部に設けたエンドプレート６ａと、スタック列５ａ、５ｂのもう一方の端部にそれぞれ設けたエンドプレート６ｂと、エンドプレート６ｂの外側よりスプリング７を介してスタック列５ａ、５ｂを締め付けるプレッシャプレート８を備える。また、スタック列５ａ、５ｂに外部より水素、空気またはスタック列５ａ、５ｂを冷却する冷却水を導入または排出するマニホールド９を備える。

燃料電池スタック２は、スタック列５ａ、５ｂを単位セル積層方向と平行であり、かつスタック列５ａ、５ｂの長手方向にスタック列５ａ、５ｂを並列に配設する。そして、スタック列５ａ，５ｂのその一方の端部に１枚のエンドプレート６ａを設ける。もう一方の端部には各スタック列５ａ、５ｂにエンドプレート６ｂをそれぞれ設け、エンドプレート６ｂの外側にスプリング７を介して１枚のプレッシャープレート８を設ける。スタック列５ａ、５ｂはエンドプレート６ａとプレッシャプレート８によって加圧され、締め付けられる（エンドプレート６ａとプレッシャプレート８が加圧プレートを構成する）。なお、並列に配設したスタック列５ａ、５ｂは電気的には直列に接続する。

エンドプレート６ａ、６ｂは、スタック列５ａ、５ｂを締結した際にスタック列５ａ、５ｂの面圧を一定にし、変形を抑えるために高い剛性を有するガラス繊維入りの強化樹脂で構成される。また、ガラスファイバー入りの強化樹脂を用いることで燃料電池スタック２と車体１１を電気的に絶縁することができる。なお、プレッシャープレート８も同様の構成とし、高い剛性、電気的な絶縁性を有している。ここではガラス繊維入りの強化樹脂を用いたが、この部材以外でも高い剛性と電気的な絶縁性を備えた部材であれば良い。

スタック列５ａ、５ｂは、ガスシール性の確保、単位セルの接触抵抗を低減するためにエンドプレート６ａとプレッシャープレート８によって締め付けられるが、スタック列５ａ、５ｂにエンドプレート６ｂをそれぞれ設け、スプリング７を介して加圧するので、燃スタック列５ａ、５ｂの面圧をそれぞれ一定にし、変形をそれぞれ防止することができる。さらに１枚のエンドプレート６ａと１枚のプレッシャープレート８によってスタック列５ａ、５ｂが連結し、エンドプレート６ａ、プレッシャープレート８が高い剛性を有するので、後述するようにブラケット３を介して車体１１から振動が伝わった場合でも、エンドプレート６ａ、プレッシャープレート８は変形しない。そのためスタック列５ａ、５ｂの変形を更に防止することができる。

ブラケット３は、断面略Ｌ字状をしており、Ｌ字状の側面部３ａが接続部３ｂを介してボルト１０によってエンドプレート６ａまたはプレッシャープレート８と連結し、Ｌ字状の底部３ｃがボルト１２によって車体１１と連結する。つまり、燃料電池スタック２は、ブラケット３を介して直接、車体１１に取り付けられる。なお、ブラケット３はＬ字状の側面部３ａと底部３ｃはリブ３ｄによって接続している。

ブラケット３は高い剛性を有するエンドプレート６ａまたはプレッシャープレート８と接続するので、車体１１の振動が伝わった場合でも、燃料電池スタック２には、歪みが生じることがなく、スタック列５ａ、５ｂの変形を防止することができる。なお、ブラケット３は前述したガラスファイバー入り強化樹脂などの絶縁部材で構成する。

ケース４は、熱容量の低い樹脂などを成型した上蓋４ａと下蓋４ｂとから構成される。下蓋４ｂには燃料電池スタック２と車体を接続するブラケット３の接続部３ｂが貫通する貫通孔が設けられ、下蓋４ｂと接続部３ｂの間には外部よりケース４内に水が侵入しないように断熱性のグロメットシール（グロメット）１３が挿入される。断熱性のグロメットシール１３を用いることで、燃料電池スタック２からケース４への伝熱を抑制することができる。これによって燃料電池スタック２からの放熱を抑制することができ、素早く燃料電池スタック２を昇温させることができ、例えば燃料電池スタック２の起動を素早く行うことができる。なお、ケース４は上蓋４ａと下蓋４ｂは、燃料電池スタック２を収納した場合に、外部より水の侵入を防ぐ防水性があれば良く、ケース４の厚さを薄くすることが望ましい。これによってケース４の重量を軽く、すなわち燃料電池ユニット１の重量を軽くすることができる。

以上の構成によって、並列に並んだスタック列５ａ、５ｂを剛性の高いエンドプレート６ａとプレッシャプレート８によって挟持し、ブラケット３によってエンドプレート６ａまたはプレッシャプレート８と車体１１を連結するので、車体１１の振動によるスタック列５ａ、５ｂの変形を防止することができる。また、ケース４を熱容量の低い樹脂で構成し、その厚さを薄くすることができので、燃料電池スタック２からの放熱を少なくし、燃料電池スタック２の始動性を良くすることができる。また、ケース４を薄くすることができ、燃料電池ユニット１の重量を軽くすることができる。

なお、この実施形態ではスタック列５ａ、５ｂを図２の断面図に示すようにスタック列５ａ、５ｂの長手方向に並列となるように配設したが、図３に示すようにスタック列５ａ、５ｂの長手方向と直交する方向に並列となるように配設しても良い。図３については図１と同じ構成のものについては図１と同じ番号で示し、スタック列５ａ、５ｂを破線で示す。

また図４に示すように複数（図４では３つ）のスタック列５ａ、５ｂ、５ｃをスタック列５ａ、５ｂ、５ｃの長手方向に並列となるように配設しても良い。図３については図１と同じ構成のものについては図１と同じ番号で示し、スタック列５ａ、５ｂ、５ｃを破線で示す。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

この実施形態では、単位セルを積層したスタック列５ａ、５ｂを並列に並べ、スタック列５ａ、５ｂを１枚のエンドプレート６ａと１枚のプレッシャープレート８によって一体に締め付ける。並列に並べたスタック列５ａ、５ｂを剛性の高いエンドプレート６ａとプレッシャプレート８によって締め付けるので、スタック列５ａ、５ｂの変形を防止し、スタック列５ａ、５ｂ間の距離が一定に保つことができる。そのため、スタック列５ａ、５ｂが振動、または変形によってスタック列５ａ、５ｂが衝突することがなく、スタック列５ａ、５ｂの劣化を防止することができる。また、スタック列５ａ、５ｂの距離を短くすることができるので、燃料電池ユニット１を小型にすることができる。

また、ブラケット３によってエンドプレート６ａまたはプレッシャープレート８と車体１１をケース４を介さずに直接連結する。燃料電池スタック２と車体１１をブラケット３を介して剛性の高いエンドプレート６ａ、プレッシャープレート８に直接連結することで、車体１１から振動が伝わった場合でも、スタック列５ａ、５ｂに歪みを生じさせことがない。さらに燃料電池スタック２をケース４を介さずにブラケット３によって車体１１に連結するので、ケース４の剛性を高めるためにケース４の厚さを厚くする必要がなく、ケース４の重量を軽く、つまり、燃料電池システムを軽量にすることができる。

並列に並べた複数のスタック列５を一対の加圧プレートを構成するエンドプレート６ａとプレッシャープレート８によって連結するので、燃料電池スタック２の歪みを抑制することができ、燃料電池スタック２からの水素などのリークを防止することができる。

エンドプレート６ａ、またはプレッシャープレート８を電気的に絶縁性のガラス繊維入り強化樹脂で構成することで、燃料電池スタック２からの漏電を防ぐことができる。

また、ケース４は熱容量の低い樹脂などを使用することができるので、燃料電池スタック２からの放熱を抑制することができ、燃料電池スタック２を素早く昇温することができる。そのため例えば燃料電池スタック２の長時間停止後の始動時など燃料電池スタック２の温度が低い場合も素早く燃料電池スタック２を暖機することができ、燃料電池スタック２の始動性を高めることができる。

さらに、ケース４とブラケット３の間に、グロメットシール１３を設けることで、燃料電池スタック２からケース４への放熱を更に抑制することができ、燃料電池スタック２の始動性を更に高めることができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

複数の燃料電池スタックを並べた車体搭載用の燃料電池システムにおいて利用することができる。

本発明の第１実施形態の燃料電池ユニットの概略図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１実施形態の変更図である。 本発明の第１実施形態の変更図である。

符号の説明

１ 燃料電池ユニット
２ 燃料電池スタック
３ ブラケット
４ ケース
５ａ スタック列
５ｂ スタック列
６ａ エンドプレート
６ｂ エンドプレート
８ プレッシャプレート
１１ 車体
１３ グロメットシール（グロメット）

Claims (4)

1. 単位セルを積層したセル積層体を複数有する燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックを収納するケースと、を備えた燃料電池ユニットにおいて、
   並列に並んだ複数のセル積層体を前記単位セルの積層方向両側から加圧する一対の加圧プレートと、
   前記加圧プレートを車体に連結するブラケットと、を備え、
   前記ケースは、前記ブラケットと連結することを特徴とする燃料電池ユニット。
2. 前記一対の加圧プレートの一部が、前記燃料電池スタックのエンドプレートであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。
3. 前記ケースと前記ブラケットの間に断熱性のグロメットを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池ユニット。
4. 前記加圧プレートは、絶縁性樹脂で構成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池ユニット。

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