JP2006331648A - マウント構造体を組み込んだ燃料電池エンドプレート - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池のマウント構造体に要求される諸機能をエンドプレートに一体的に集約し、コンパクトで燃料電池の組付けの際の制約を低減したマウント構造体を組み込んだ燃料電池エンドプレートを提供する。
【解決手段】嵌込み開口部９が設けられたエンドプレート本体４に、マウント構造体１０が嵌込まれ、マウント構造体が組み込まれた燃料電池エンドプレートが構成される。マウント構造体１０は、嵌込み開口部９に取り付けられる取付金具１１と、筐体に取り付けられるねじ固定金具１２と、絶縁部材１３とが一体として成形される。このマウント構造体１０のねじ固定金具１２が、ボルト１４を用いて筐体８に固定される。取付金具１１とねじ固定金具１２とは、絶縁部材１３により絶縁され、マウント構造体１０の内部又は外部には弾性体１８，１９が組み込まれる。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池に用いられるマウント構造体を組み込んだエンドプレートに係り、詳しくは、燃料電池を、燃料電池の筐体に固定するためのマウント構造体を組み込んだ燃料電池エンドプレートに関する。

自動車に搭載される燃料電池は、多数の単位電池を積層して構成される。この燃料電池は、通常、その端部に取り付けられる一対のエンドプレートにより挟まれ、ボルトにより固定される。また、この両端部のエンドプレートには、通常、燃料電池を保持する筐体に固定するためのマウント構造体が取り付けられる。

このエンドプレートに取り付けられるマウント構造体には、下記に示すような各種の機能が要求される。

マウント構造体は、燃料電池の自重を支持する荷重支持機能が要求される。すなわち、自動車の走行時における急発進や急停止等での、上下方向や水平方向の衝撃力に耐え得る構造であることや、構成される部材が十分な強度を有し、接合される部材間で荷重が十分に伝達される構造であることが要求される。

また、燃料電池は、水素と酸素が反応する際に発生する電気を利用するシステムである。このためマウント構造体は、漏電防止のために燃料電池と筐体との電気絶縁機能が要求される。この電気絶縁機能は、一般に、エンドプレートとマウント構造体との間、あるいはマウント構造体と筐体との間に絶縁材を配置することで確保される。

また、自動車の走行中等における衝撃力によりマウント構造体が変形し、燃料電池の位置がずれる可能性がある。燃料電池の電位は高電位のため、このずれ（位置の変化）により周辺の金属製の材料との間で放電を起こす恐れが生じる。従って、マウント構造体は、衝撃力により発生する燃料電池の位置のずれを低減する動き量低減機能が要求される。

一方、マウント構造体は、筐体への組付けやメンテナンス時の取り外しといった着脱作業が容易であること、つまり組付け容易性が要求される。例えば、ボルト接合の場合、ボルトの締め付けスペースが十分に取れること、燃料電池の組付けの際にボルト穴の位置誤差を吸収できるディテールであること等が要求される。

さらに、燃料電池は、一般に、スペースが限られた筐体に保持される。このため、マウント構造体は、可能な限りコンパクトであることが要求される。また、燃料電池の周辺には各種の配管等が配設されることから、マウント構造体は、燃料電池の組付けの際のスペース上の制約が少なく、車両搭載の際に、適正な位置に配置可能であることが要求される。

例えば、特許文献１には、燃料電池収納ケースにおける従来のマウント構造体が、特許文献２には、組付けの際の位置誤差が吸収可能で、燃料電池からの放電を防止可能な自動車用燃料電池の組付装置が開示されている。

特許文献１に開示されているエンドプレート及びマウント構造体の概略を図６に示す。ここでは、エンドプレート１００は、座台１０６を介し、エンドプレート下端部に切削されたねじ穴にボルト１０１を締めることで座板１０２に固定される。また、燃料電池収納ケース骨格１０５は、２箇所のボルト接合により座板１０２に固定される。さらに、燃料電池収納ケース骨格１０５の内面、及びボルト１０３、ナット１０４が燃料電池収納ケース骨格１０５内で露出した部分は、絶縁部材１０７により被覆されている。

特開２００２−３６７６５２号公報 特開２００２−２３５８０１号公報

特許文献１に示される従来のエンドプレート及びマウント構造体は、３本のボルトとナットのセット、座台及び座板という複数の部材に諸機能を分担させる構成となっている。また、エンドプレートへ締結されるボルトと、座板を介した燃料電池収納ケース骨格との鉛直方向の荷重支持機能を十分に確保するため、ボルトを座台から図６の距離Ｘだけ突出させる構成となっている。また、電気絶縁機能を確保するために、燃料電池収納ケース骨格、ボルト、ナット等の幅広い範囲に絶縁部材を施す構成となっている。さらに、組付け容易性、すなわち車両への搭載時にボルトの締め付けに必要なスペースの確保のため、マウント構造体を燃料電池本体の平面的な稜線から外部に突出させる構成となっている。

上記構成により、マウント構造体は、その全体の寸法が大型化し、燃料電池本体から水平方向及び鉛直方向共に突出することになる。このことで、燃料電池の周辺に配設される各種の配管等との位置関係から、組付け時のスペース上の制約が発生し、車両搭載の際に燃料電池を適正な位置に配置することが難しい。

特許文献２に示されるエンドプレート及びマウント構造体も、特許文献１と同様に複数の部材に諸機能を分担させる構成となっている。従って、マウント構造体全体の寸法が大型化し、燃料電池の周辺に配設される各種の配管等との位置関係から、組付け時のスペース上の制約が発生し、車両搭載の際に燃料電池を適正な位置に配置することが難しい。

本願の目的は、かかる課題を解決し、マウント構造体に要求される諸機能を発揮させつつ一体的に集約し、コンパクトで燃料電池の組付けの際の制約を低減した燃料電池エンドプレートを提供することである。

上記目的を達成するため、燃料電池エンドプレートは、燃料電池の両端部に取り付けられ、締結部材を用いて、燃料電池を筐体に固定するための燃料電池エンドプレートであって、嵌込み開口部が設けられた、少なくとも１つのエンドプレート本体と、この嵌込み開口部に嵌合されるマウント構造体とを有し、マウント構造体は、嵌込み開口部と嵌合する嵌合耳部と、締結部材が固定される受け部とを備えることを特徴とする。

また、上記燃料電池エンドプレートは、嵌合耳部と受け部とが金属又は樹脂であり、嵌合耳部と受け部とが、絶縁部材を介して配置されることが好ましい。

また、燃料電池エンドプレートは、燃料電池の両端部に取り付けられ、締結部材を用いて、燃料電池を筐体に固定するための燃料電池エンドプレートであって、開口部が設けられた、少なくとも１つのエンドプレート本体と、この開口部に配置されるマウント構造体とを有し、マウント構造体は、締結部材が固定される受け部を有し、エンドプレート本体と一体で成形されることを特徴とする。

また、上記燃料電池エンドプレートは、エンドプレート本体と受け部とが金属又は樹脂であり、エンドプレート本体と受け部とが絶縁部材を介して配置されることが好ましい。

さらに、燃料電池エンドプレートは、締結部材がボルトであり、受け部がそのボルトと係合するナットであること、また、マウント構造体の内部又は表面に弾性体を備えること、さらに、マウント構造体が、絶縁部材からなるスペーサを介して筐体に固定されることが好ましい。

上記構成により、燃料電池エンドプレートには、エンドプレートの嵌込み開口部に嵌合耳部と受け部を有するマウント構造体が組み込まれる。そして、マウント構造体は、嵌合耳部が嵌込み開口部に嵌め込まれることでエンドプレート本体に固定され、受け部が締結部材を用いて筐体と接続することで燃料電池を保持する筐体に固定される。従って、燃料電池エンドプレートにより、マウント構造体に要求される荷重支持機能を、十分に発揮させつつエンドプレート内に一体的に集約することが可能となる。

また、燃料電池エンドプレートに組み込まれるマウント構造体が、絶縁部材を内部に有し、嵌合耳部と受け部とが絶縁部材を介して配置される構成となる。これにより、嵌合耳部と受け部とが絶縁され、エンドプレート本体と締結部材とを絶縁する機能を果たす。従って、燃料電池エンドプレートにより、マウント構造体に要求される電気絶縁機能を、十分に発揮させつつエンドプレート内に一体的に集約することが可能となる。

また、燃料電池エンドプレートは、マウント構造体の内部又は外面に弾性体を取り付けることで、走行時の衝撃力に対してエネルギを吸収する機能を果たす。従って、燃料電池エンドプレートにより、衝撃力により発生する燃料電池の全方向についての動き量（変形）低減機能を、十分に発揮させつつエンドプレート内に一体的に集約することが可能となる。

また、マウント構造体の燃料電池エンドプレートへの組み込みは、ボルトによる締結ではなく嵌合によるため、構成部品が少なく取り付けも容易である。また、単一の締結部材を用いて受け部を筐体に接続することから、構成部品が少なく取り付けも容易である。従って、燃料電池エンドプレートは、組付け時の作業容易性を、十分に発揮させつつエンドプレート内に一体的に集約することが可能となる。

上述したように、従来のマウント構造体に要求される荷重支持機能、電気絶縁機能、動き量低減機能、及び組付時の作業容易性が、それらの機能を十分に発揮させつつ、すべて燃料電池エンドプレート内に一体的に集約される。

さらに、燃料電池エンドプレートが、諸機能が一体的に集約されたマウント構造体をエンドプレート内部に取り込むことで、コンパクトな構成となる。すなわち、燃料電池本体から水平方向及び鉛直方向共に突出することなく構成される。従って、燃料電池の周辺に配設される各種の配管等との位置関係から、組付け時のスペース上の制約が低減され、車両搭載の際に、燃料電池を適正な位置に配置することが可能となる。

以上のように、本発明に係る燃料電池エンドプレートによれば、マウント構造体に要求される諸機能を発揮させつつエンドプレートに一体的に集約し、コンパクトで燃料電池組付けの際の制約を低減した燃料電池エンドプレートを提供することが可能となる。

以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。

図１に燃料電池本体１を示す。燃料電池本体１は、燃料電池２及びエンドプレート５及び６とから構成される。燃料電池２は、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟む２つの電極（アノード電極及びカソード電極）とで形成される単位電池３が複数積層される。積層された燃料電池２の両側から金属や樹脂などで構成されるエンドプレート５、６が挟みこむ。

また、燃料電池本体１には、積層された単位電池３を固定するため複数の加圧機構７が設置されている。加圧機構７の一例は、エンドプレート５、６と燃料電池２を貫通する孔を通るボルトであり、積層された単位電池３がボルト及びナットにより押さえつけられる。

また、図１には、燃料電池本体１を筐体８に固定するためのエンドプレート５、６及びマウント構造体１０と、燃料電池本体１を保持する筐体８の部分とを示す。エンドプレート５には、その下端部の一部が箱状又は孔状に切断された嵌込み開口部９が設けられ、マウント構造体１０が嵌込まれ筐体８に固定される。ここでは、少なくとも１つの嵌込み開口部９を有するエンドプレート５、６をエンドプレート本体４と呼ぶ。ここで、開口部のエンドプレート肉厚方向の切断の幅は、マウント構造体１０の嵌込みに必要な幅であればよく、エンドプレートの肉厚の全部が切断された箱状であっても、その一部が切断された孔状であってもよい。なお、マウント構造体１０による燃料電池本体の支持方法は、対向するエンドプレートに捻れが生じるため３点支持が好ましいが、４点支持あるいはそれ以上の支持点であってもよい。なお、燃料電池エンドプレート本体４は、マウント構造体１０を介して筐体８に固定されるが、筐体８は、例えば、燃料電池収納ケースや車両のボディである。

図２にマウント構造体１０をエンドプレート本体４の板厚方向に切断した断面図（図１のＡ−Ａ’断面図）を示す。本実施形態でのマウント構造体１０は、エンドプレート本体４に取り付く嵌合耳部の一実施態様である取付金具１１と、筐体８に取り付く受け部の一実施態様であるねじ固定金具１２と、絶縁部材１３から構成され、それらは一体として成形される。

取付金具１１は、Ｉ字形又は逆Ｌ字形の断面形状を有する。取付金具１１が逆Ｌ字形の場合には、円筒形である筒状部２１と、リング形状である環状部２０とから構成される。筒状部２１は、絶縁部材１３に定着されて全周囲を被覆される。取付金具１１がＩ字形の場合には、円筒形である筒状部２１のみからなり、絶縁部材１３に定着される。

ねじ固定金具１２は、内部にボルト接合用のねじが切られ、ボルト１４及び座金１５を介して、筐体８に取り付く。ねじ固定金具１２は、上述したように、開口面を除く周囲を絶縁部材１３に囲まれ取付金具１１とは絶縁されている。また、マウント構造体１０と筐体８との間には、絶縁材からなるカラー１７が挟まれる。

絶縁部材１３は、取付金具１１と、ねじ固定金具１２との間に充填される。これにより燃料電池１と筐体８との電気絶縁性が十分に発揮される。また、絶縁部材１３は、上記金具を所定の位置に固定しつつ成形され、マウント構造体１０そのものの外形を構成する役割を果たす。この成形は、例えば、インサート・モールド成形による。さらに、マウント構造体１０に内部ゴム弾性体１９を内蔵することもできる。絶縁部材１３の材料は、ポリエチレン、ウレタン、ゴムなどの樹脂が好ましい。

図３にマウント構造体１０の概略の分解斜視図を示す。マウント構造体１０は、略円筒形であり、その上部に取付金具１１の一部である環状部２０が筒状のマウント構造体１０から露出している。この露出する部分は、マウント構造体１０の全周であっても、全周の一部であってもよい。マウント構造体１０の下部には環状のカラー１７を介して筐体８があり、ボルト１４及び座金１５を介してマウント構造体１０と筐体８が締結される。なお、マウント構造体１０及びカラー１７の断面は略円形であるが、例えば、正方形、長方形、多角形などの断面であってもよい。

図４に、マウント構造体１０を図２と直交する方向の断面図（図１のＢ−Ｂ’断面図）を示す。取付金具１１の環状部２０は、その一部または全部が成形された円筒形状から露出し、その部分は絶縁部材１３により被覆されない。この露出した環状部２０は、エンドプレート本体４に取り付く。エンドプレート本体４の嵌込み開口部９には、取付金具１１の環状部２０を取り付けるための挿入溝２２が設けられている。この挿入溝２２の一部には、図示しないロック機構が設けられ、環状部２０が固定される。その他のマウント構造体１０の詳細については、前述したものと同様であり省略する。

また、図２及び４に示すように、マウント構造体１０は、内部にゴム弾性体１９を取り付けることが可能である。ゴム弾性体１９は、例えば、ねじ固定金物１２の円盤部に取り付けることができる。この場合、車両からの水平方向の衝撃力に対しては、弾性体のせん断変形によりエネルギ吸収が、車両からの上下方向の衝撃力に対しては、圧縮変形によりエネルギ吸収がおこなわれる。従って、水平方向及び上下方向のそれぞれの衝撃力に対して設計上要求される弾性体を適切な位置に取り付けることが可能である。また、このゴム弾性体１９は、成形されたマウント構造体１０に内蔵されるため、耐久性や信頼性の高いエネルギ吸収機構となる。

さらに、図２及び４に示すように、マウント構造体１０の外部であっても、例えば、マウント構造体１０とカラー１７が接触する部分にゴム弾性体１８を取り付けることが可能である。

マウント構造体１０をエンドプレート本体４へ嵌め込む手順の例を示す。まず、エンドプレート本体４の嵌込み開口部９に設けられた挿入溝２２にマウント構造体１０の環状部２０を水平方向に挿入する。次に、マウント構造体１０を回転させ、挿入溝２２の所定の位置に取り付けられた、図示しないロック機構により位置が固定され、図示しない戻り止め等を挿入することで、エンドプレート本体４に固定する。メンテナンス等でマウント構造体１０を取り出す場合には、上記手順と逆の手順をおこなえばよい。このような、ロック機構による固定方法は、各種の機構が考えられるが、いずれの機構によってもよい。また、マウント構造体１０の取付金具１１の環状部２０の形状も、ロック機構に合わせて各種の形状が設計可能である。いずれにしても、ボルトによる接合方法と比較して部品点数が少なく、マウント構造体１０のエンドプレート本体４への取付作業性が高い。

なお、別の実施形態を、図５に示す。この実施形態では、マウント構造体１０は接合金物であるねじ固定金具１２と絶縁部材１３を、エンドプレート本体４と一体に、例えば、インサイド・モールド法により成形する。この実施形態でも、ねじ固定金具１２は、内部にボルト接合用のねじが切られ、ボルト１４及び座金１５を介して、筐体８に取り付く。

ねじ固定金具１２は、開口部を除く周囲を絶縁部材で覆われエンドプレート本体４と絶縁される。従って、燃料電池２と筐体８との電気絶縁性が発揮される。また、マウント構造体１０と筐体８との間には、絶縁材からなるカラー１７が挟まれる。

本発明に係る燃料電池本体の斜視概略図である。 燃料電池エンドプレートの一例を示すＡ−Ａ’断面図である。 燃料電池エンドプレートの概略の分解斜視図である。 燃料電池エンドプレートの一例を示すＢ−Ｂ’断面図である。 燃料電池エンドプレートの他の実施形態を示す断面図である。 従来のマウント構造体の例を示す図である。

符号の説明

１ 燃料電池本体、２ 燃料電池、３ 単位電池、４ エンドプレート本体、５，６ エンドプレート、７ 加圧機構、８ 筐体、９ 嵌込み開口部、１０ マウント構造体、１１ 取付金具、１２ ねじ固定金具、１３ 絶縁部材、１４ ボルト、１５ 座金、１７ カラー、１８ 外部ゴム弾性体、１９ 内部ゴム弾性体、２０ 環状部、２１ 筒状部、２２ 挿入溝、１００ エンドプレート、１０１ ボルト、１０２ 座板、１０３ ボルト、１０４ ナット、１０５ 燃料電池収納ケース骨格、１０６ 座台、１０７ 絶縁部材。

Claims (7)

1. 燃料電池の両端部に取り付けられ、締結部材を用いて、燃料電池を筐体に固定するための燃料電池エンドプレートであって、
   嵌込み開口部が設けられた、少なくとも１つのエンドプレート本体と、この嵌込み開口部に嵌合されるマウント構造体と、を有し、
   マウント構造体は、嵌込み開口部と嵌合する嵌合耳部と、締結部材が固定される受け部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池エンドプレート。
2. 請求項１に記載の燃料電池エンドプレートにおいて、嵌合耳部と受け部とが金属又は樹脂であり、嵌合耳部と受け部とが、絶縁部材を介して配置されることを特徴とする燃料電池エンドプレート。
3. 燃料電池の両端部に取り付けられ、締結部材を用いて、燃料電池を筐体に固定するための燃料電池エンドプレートであって、
   開口部が設けられた、少なくとも１つのエンドプレート本体と、
   この開口部に配置されるマウント構造体と、を有し、
   マウント構造体は、締結部材が固定される受け部を有し、エンドプレート本体と一体で成形されることを特徴とする燃料電池エンドプレート。
4. 請求項３に記載の燃料電池エンドプレートにおいて、エンドプレート本体と受け部とが金属又は樹脂であり、エンドプレート本体と受け部とが、絶縁部材を介して配置されることを特徴とする燃料電池エンドプレート。
5. 請求項１乃至４のいずれか１に記載の燃料電池エンドプレートにおいて、締結部材がボルトであり、受け部がそのボルトと係合するナットであることを特徴とする燃料電池エンドプレート。
6. 請求項１乃至５のいずれか１に記載の燃料電池エンドプレートにおいて、マウント構造体の内部又は表面に弾性体を備えることを特徴とする燃料電池エンドプレート。
7. 請求項１乃至６のいずれか１に記載の燃料電池エンドプレートにおいて、マウント構造体が、絶縁部材からなるスペーサを介して筐体に固定されることを特徴とする燃料電池エンドプレート。
   
   

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