JP2009004259A - 燃料電池ケース - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池ケースにおいて、カバーの取付位置における位置決めをより容易に行うことである。
【解決手段】燃料電池ケース１０は、燃料電池に固定される燃料電池取付構造体３０と、燃料電池取付構造体３０が取り付けられ、燃料電池を収容するケース本体３２とを備える。燃料電池取付構造体３０は、燃料電池のエンドプレート２４，２６に第１ボルト８２で固定される座台３４と、ケース本体３２に固定される座板３６と、座台３４と座板３６とを絶縁して一体化する絶縁基体３８と、を含み、絶縁基体３８は、第１ボルト８２を挿入するボルト穴４２が形成され、ケース本体３２の外方に突出する首部４４を有する。ケース本体３２は、燃料電池取付構造体３０の首部４４を避ける開口６０と、燃料電池取付構造体３０の首部４４を覆うカバー７０と、を有し、カバー７０は、フランジ７４を有し、フランジ７４は、ケース本体３２の内面に固定される。
【選択図】図７

Description

本発明は、燃料電池ケースに係り、特に、燃料電池に固定される燃料電池取付構造体と、燃料電池取付構造体が取り付けられ、燃料電池を収容するケース本体と、を備える燃料電池ケースに関する。

燃料電池は、高効率と優れた環境特性を有する電池として近年脚光を浴びている。燃料電池は、一般的に、燃料ガスである水素に、酸化剤ガスである空気中の酸素を電気化学反応させて、電気エネルギを作りだしている。そして、水素と酸素とが電気化学反応した結果、水が生成される。

燃料電池の種類には、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、アルカリ型、固体高分子型等がある。この中でも、常温で起動しかつ起動時間が速い等の利点を有する固体高分子型の燃料電池が注目されている。このような固体高分子型の燃料電池は、移動体、例えば、車両等の動力源として用いられている。

固体高分子型の燃料電池は、複数の単セル、集電板、エンドプレート等を積層して組み立てられる。そして、燃料電池は、防塵や防水等を確保するために燃料電池ケースに収納される。ここで、例えば、特許文献１には、燃料電池のエンドプレートにボルトで締結されたマウント構造体で燃料電池を支持して、燃料電池を収納した燃料電池ケースが示されている。燃料電池が収納された燃料電池ケースは、例えば、フレーム等で車両のボディに固定される。

特開２００６−１７９２９３号公報

ところで、上述したように、マウント構造体等の燃料電池取付構造体を取り付けるボルトは、燃料電池のエンドプレートに締結されるので、燃料電池ケースのケース本体には、短絡等を防止するためボルト等を覆うカバーが設けられる。そして、カバーは、ボルト等との接触を防止するため、ケース本体におけるカバーの取付位置に精度良く取り付けられることが求められる。そのため、ケース本体へのカバーの位置決めが難しく、燃料電池ケースの生産性が低下し、製造コストが大きくなるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、カバーの位置決めをより容易に行うことができる燃料電池ケースを提供することである。

本発明に係る燃料電池ケースは、燃料電池に固定される燃料電池取付構造体と、燃料電池取付構造体が取り付けられ、燃料電池を収容するケース本体と、を備え、燃料電池取付構造体は、燃料電池のエンドプレートに第１ボルトで固定される座台と、ケース本体に固定される座板と、座台と座板とを絶縁して一体化する絶縁基体と、を含み、絶縁基体は、第１ボルトを挿入するボルト穴が形成され、ケース本体の外方に突出する首部を有し、ケース本体は、燃料電池取付構造体の首部を避ける開口と、燃料電池取付構造体の首部を覆うカバーと、を有し、燃料電池を収納する燃料電池ケースであって、カバーは、フランジを有し、フランジは、ケース本体の内面に固定されることを特徴とする。

本発明に係る燃料電池ケースにおいて、フランジは、ケース本体の内面に溶接されて固定されることが好ましい。

本発明に係る燃料電池ケースにおいて、燃料電池取付構造体は、座板に設けられ、ケース本体に固定する第２ボルトを有することが好ましい。

上記のように本発明に係る燃料電池ケースによれば、カバーをケース本体に設けられた開口に嵌め込むことにより、カバーの位置決めをより容易に行うことができる。

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は、燃料電池ケース１０を示す図である。図１に示す燃料電池ケース１０には、燃料電池２０が収容されている。まず、燃料電池２０について説明する。燃料電池２０は、複数の単セル２２や集電板等を積層した燃料電池スタックと、燃料電池スタックの両端に置かれるエンドプレート２４，２６とを含んで構成される。

単セル２２は、電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層と、セパレータとを含んで構成される。このうち電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層とを一体化したものは、一般的に、膜電極接合体(Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ)と呼ばれている。

電解質膜は、アノード極側で発生した水素イオンをカソード極側まで移動させる機能等を有している。電解質膜の材料は、化学的に安定であるフッ素系樹脂、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸のイオン交換膜が使用される。

触媒層は、アノード極側での水素の酸化反応やカソード極側での酸素の還元反応を促進する機能を有している。そして、触媒層は、触媒と触媒の担体とを含んで構成される。触媒は、反応させる電極面積を大きくするため、一般的に粒子状にして、触媒の担体に付着して使用される。触媒には、水素の酸化反応や酸素の還元反応について、小さい活性化過電圧を有する白金族元素である白金等が使用される。触媒の担体としては、カーボン材料、例えば、カーボンブラック等が使用される。

ガス拡散層は、燃料ガスである、例えば、水素ガスや、酸化剤ガスである、例えば、空気を触媒層に拡散させる機能や、電子を移動させる機能等を有している。そして、ガス拡散層には、導電性を有する材料であるカーボン繊維織布、カーボン紙等を使用することができる。そして、膜電極接合体は、電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層とを積層し、ヒートプレス等することにより製造することができる。

セパレータは、膜電極接合体のガス拡散層に積層され、隣設する単セル２２における燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する機能を有している。また、セパレータは、隣設する単セル２２を電気的に接続する機能を有している。セパレータには、燃料ガスや酸化剤ガスが流れるガス流路や、単セル２２を冷却する、例えば、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）や冷却水等の冷却媒体を流す冷却媒体流路等が形成されている。セパレータは、導電性を有する材料であるステンレス鋼等の金属材料や炭素材料等で形成することができる。

集電板は、積層される複数の単セル２２で生じた直流電流を取り出す機能を有している。集電板には、導電性を有する材料であるステンレス鋼や銅等の金属材料や炭素材料等を使用することができる。また、集電板には、ステンレス鋼や銅等の金属シート材に金メッキを施して用いてもよい。

エンドプレート２４，２６は、燃料電池スタックの両端部に配置される。エンドプレート２４，２６は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料により形成することができる。エンドプレート２４，２６には、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を供給するための供給口または排出するための排出口が設けられる。

次に、燃料電池ケース１０について説明する。燃料電池ケース１０は、燃料電池２０に固定される燃料電池取付構造体３０と、燃料電池取付構造体３０が取り付けられ、燃料電池２０を収容するケース本体３２と、を備えている。

燃料電池取付構造体３０は、ケース本体３２に取り付けられ、燃料電池ケース１０と燃料電池２０との間を絶縁する機能を有している。また、燃料電池取付構造体３０は、燃料電池２０が加振されたときに振動を吸収する機能を有している。燃料電池取付構造体３０は、例えば、一方のエンドプレート２４の下面における一方の端と、一方のエンドプレート２４の下面における他方の端と、他方のエンドプレート２６の下面における略中央とを支持する位置に取り付けられる。このように、燃料電池２０を３点支持することにより、燃料電池２０のねじれ等を抑制し、積層された単セル２２のずれによる冷却水の液漏れ等を防止することができる。勿論、他の条件次第では、燃料電池取付構造体３０の配置は、上記配置に限定されることはない。

図２は、燃料電池取付構造体３０の構成の一例を示す図であり、図２（Ａ）は、燃料電池取付構造体３０の平面図であり、図２（Ｂ）は、燃料電池取付構造体３０の断面図である。燃料電池取付構造体３０は、燃料電池２０のエンドプレート２４，２６に第１ボルトで固定される座台３４と、ケース本体３２に固定される座板３６と、座台３４と座板３６とを絶縁して一体化する絶縁基体３８と、を含んで構成される。

座台３４は、燃料電池２０のエンドプレート２４，２６に当接するフランジ部と、第１ボルトを挿入する円筒部とを有している。また、座板３６には、ケース本体３２に固定する第２ボルト４０が２箇所に設けられる。座台３４と座板３６とは、例えば、鉄合金やアルミニウム合金等の金属材料を用いて成形される。

絶縁基体３８は、座台３４と座板３６とを絶縁して一体化する機能を有している。絶縁基体３８には、例えば、絶縁性を有するゴム材料等を用いることができる。絶縁基体３８は、第１ボルトを挿入するボルト穴４２が形成され、ケース本体３２の外方に突出する首部４４を有している。また、絶縁基体３８には、燃料電池ケース１０の外側から水等が浸入するのを抑えるため、ケース本体３２側に複数のシール部４６、４７、４８が設けられる。シール部４６は、絶縁基体３８の外周に設けられ、シール部４７は、絶縁基体３８における首部４４の外周に設けられ、シール部４８は、第２ボルト４０の外周に設けられる。シール部４６、４７、４８は、絶縁基体３８と一体として形成されてもよいし、Ｏリング等のシール材を設けてもよい。燃料電池取付構造体３０は、例えば、座台３４と座板３６とが置かれた金型内に、絶縁基体３８の原料である未加硫ゴムを射出して架橋させることにより一体として成形することができる。

ケース本体３２は、燃料電池取付構造体３０が取り付けられ、燃料電池２０を収容する機能を有している。図３は、燃料電池２０を収容するケース本体３２を示す図である。ケース本体３２は２つに分割されており、図３には、ケース本体３２の下側部分を示している。ケース本体３２には、フランジ部５２が設けられ、フランジ部５２には、上側部分と下側部分とをボルト等の締結部材で締結するための複数の締結孔５４が設けられている。ケース本体３２は、例えば、鉄合金やアルミニウム合金等の金属材料を用いて塑性加工等により成形することができる。勿論、ケース本体３２は、２つに分割されることなく、一体として成形されてもよい。

ケース本体３２の内面は、絶縁性を有するゴム材料や合成樹脂材料等が被覆されることが好ましい。ケース本体３２の内面に絶縁材料が被覆されることにより、燃料電池ケース１０と燃料電池２０との絶縁性が確保できるからである。また、ケース本体３２には、アース線等のケーブルを取り出すケーブル孔５６が設けられる。

ケース本体３２には、燃料電池取付構造体３０の取付位置に補強材５８が設けられることが好ましい。ケース本体３２における燃料電池取付構造体３０の取付位置に、燃料電池２０の荷重が集中して負荷されるからである。燃料電池取付構造体３０が、例えば、ケース本体３２に３箇所取り付けられる場合には、３箇所の取付位置に燃料電池２０の荷重が集中するため、３箇所の取付位置に補強材５８を設けることによりケース本体３２を補強することができる。補強材５８には、鉄合金やアルミニウム合金等の金属材料で成形されたリブ等が用いられる。そして、補強材５８は、ケース本体３２と、例えば、溶接等で接合される。

ケース本体３２には、燃料電池取付構造体３０の首部４４を避ける開口６０が形成される。燃料電池取付構造体３０が、例えば、ケース本体３２に３箇所取り付けられる場合には、開口６０は、ケース本体３２に３箇所形成される。開口６０は、例えば、略円形状または略多角形状に形成される。そして、ケース本体３２に形成された開口６０の近傍には、第２ボルト４０を挿入するための第２ボルト穴６２が、例えば、２箇所に設けられる。開口６０や第２ボルト穴６２は、一般的な金属材料の機械加工でケース本体３２を穿孔して形成することができる。

ケース本体３２には、燃料電池取付構造体３０の首部４４を覆うカバーが設けられる。カバー７０を設けることにより、ケース本体３２外側からケース本体３２内側への水や塵等の侵入を防止することができる。また、燃料電池取付構造体３０の首部４４には、燃料電池２０のエンドプレート２４，２６に締結される第１ボルトがボルト穴４２に挿入されるため、カバーを設けることにより第１ボルトとの接触を防止することができる。

図４は、燃料電池取付構造体３０の首部４４を覆うカバー７０を示す断面図である。カバー７０は、燃料電池取付構造体３０の首部４４を収めるカバー本体７２と、カバー本体７２の周りに設けられるフランジ７４と、を有している。また、フランジ７４には、第２ボルト４０を挿通するための第２ボルト穴７６が２箇所に設けられる。カバー７０には、鉄合金やアルミニウム合金等の金属材料を用いることができる。

カバー７０は、例えば、鉄合金シートやアルミニウム合金シート等をプレス加工等の塑性加工で一体として成形されることが好ましい。カバー本体７２とフランジ７４とを別体で成形した後、カバー本体７２とフランジ７４とを溶接等で接合してカバー７０を製造する場合よりも、製造コストを抑えることができる。また、カバー７０を一体で成形することにより、カバー本体７２とフランジ７４との間に継ぎ目がなくなるため、継ぎ目から水等が侵入するのを防止することができる。

図５は、ケース本体３２にカバー７０を取り付ける取付方法を示す図である。カバー７０は、図５に示すように、ケース本体３２の内側から取り付けられる。カバー本体７２は、ケース本体３２に形成された開口６０に嵌め込まれる。そして、カバー７０のフランジ７４は、ケース本体３２の内面に固定される。また、カバー７０は、フランジ７４に設けられた第２ボルト穴７６がケース本体３２に設けられた第２ボルト穴６２と略一致するように取り付けられる。このように、カバー本体７２をケース本体３２の開口６０に嵌め込んで、フランジ７４をケース本体３２の内面に当接させることにより、カバー７０の位置決めをより容易に行うことができる。

カバー７０のフランジ７４は、ケース本体３２の内面に溶接して固定されることが好ましい。フランジ７４とケース本体３２とを溶接して接合することにより、ボルト及びナット等で締結して固定するよりも、車両の振動等に対してより強固に固定することができる。フランジ７４とケース本体３２との溶接には、一般的に金属材料の溶接で使用されている溶接装置等を用いることができる。勿論、他の条件次第では、フランジ７４とケース本体３２との固定方法は、溶接に限定されることはない。

カバー７０のフランジ７４は、燃料電池取付構造体３０の絶縁基体３８に形成されたシール部４６、４７、４８のシール位置を避けてケース本体３２の内面に溶接されることが好ましい。フランジ７４とケース本体３２とを絶縁基体３８のシール部４６、４７、４８におけるシール位置を避けて溶接することにより、絶縁基体３８のシール部４６、４７、４８のシール位置と、フランジ７４とケース本体３２との溶接部の溶接位置とは重なり合わないので、シール部４６、４７、４８のシール性能を更に向上させることができる。例えば、シール部４６、４７、４８のシール位置をさけるため、フランジ７４の外周がケース本体３２の内面に溶接される。

図６は、カバー７０が取り付けられたケース本体３２を示す断面図であり、図６（Ａ）は、図５のＡ−Ａ断面図であり、図６（Ｂ）は、図５のＢ−Ｂ断面図である。図６（Ａ）または図６（Ｂ）に示すように、カバー本体７２がケース本体３２に設けられた開口６０に嵌め込まれて、フランジ７４がケース本体３２の内面と当接することにより、カバー７０の位置決めがなされる。この時、フランジ７４に設けられた第２ボルト穴７６は、ケース本体３２に設けられた第２ボルト穴６２と略一致するように取り付けられる。そして、フランジ７４の外周がケース本体３２の内面と溶接されて溶接部８０が形成されているので、シール部４６、４７、４８と溶接部８０とが重なり合うことを避けることができる。また、図６（Ｂ）に示すように、ケース本体３２の外面にリブ等の補強材５８が設けられて、補強材５８のリブとカバー本体７２との間に溶接棒が入らないためケース本体３２の外側から溶接できない場合でも、カバー７０のフランジ７４をケース本体３２の内側から溶接して固定するため、リブ等の補強材５８が溶接の障害になることなく容易に溶接してカバー７０を固定することができる。

次に、燃料電池ケース１０に燃料電池２０を取り付ける方法について説明する。

図７は、燃料電池２０を燃料電池取付構造体３０でケース本体３２に取り付けた状態を示す断面図である。カバー７０は、予め、上述したように、フランジ７４がケース本体３２の内面と溶接で固定され、ケース本体３２に取り付けられている。まず、燃料電池取付構造体３０の座台３４に挿入された第１ボルト８２を燃料電池２０のエンドプレート２４，２６に締結し、燃料電池取付構造体３０を燃料電池２０に固定する。次に、カバー本体７２に燃料電池取付構造体３０の首部４４を収容し、燃料電池取付構造体３０の座板３６に設けられた２つの第２ボルト４０を、カバー７０のフランジ７４とケース本体３２とに設けられた第２ボルト穴６２、７６に挿入する。そして、第２ボルト４０とナット８４とで、燃料電池２０に固定された燃料電池取付構造体３０をケース本体３２に固定する。ここで、カバー７０のフランジ７４とケース本体３２と溶接部８０は、燃料電池取付構造体３０の絶縁基体３８に設けられたシール部４６、４７、４８を避けて形成されているので、絶縁基体３８とフランジ７４との間に置かれたシール部４６、４７、４８のシール性をより向上させることができる。これにより、燃料電池２０に固定された燃料電池取付構造体３０がケース本体３２に取り付けられ、燃料電池２０が燃料電池ケース１０に収容される。

以上、上記構成によれば、燃料電池取付構造体を覆うカバーはフランジを有しており、フランジはケース本体の内面に固定されるため、ケース本体の内側からケース本体の開口にカバーを嵌め込んで取り付けることができる。そのため、ケース本体の外面にカバーを取り付ける場合よりも、カバーの位置決めを、より精度良く、より容易に行うことができる。また、カバーは、ケース本体の開口に嵌め込んでケース本体に取り付けられるので、ケース本体の外面にカバーを取り付ける場合よりも、取付治具等を小型化することができる。このように、カバーの取付位置の位置決めがより容易になることで、燃料電池ケースの生産性が更に向上し、製造コストが低減する。

上記構成によれば、カバーのフランジはケース本体の内面に溶接して固定されるため、ボルト及びナット等でケース本体に締結して固定するよりも、車両の振動等に対してより強固に固定することができる。そして、カバーのフランジの外周がケース本体の内面に溶接されるため、燃料電池ケースの外側から内側に水等が侵入することを抑えることができる。また、ケース本体の外面に補強材が設けられている場合においても、ケース本体の内側からケース本体の開口にカバーを嵌め込んで取り付けることにより補強材が溶接によるカバー取り付けの障害とならず、カバーをケース本体に容易に溶接して固定することができる。

上記構成によれば、カバーのフランジは、燃料電池取付構造体のシール部を避けてケース本体と溶接されるため、燃料電池取付構造体のシール部と、カバーとケース本体との溶接部とが重なることを抑えることができる。このように、燃料電池取付構造体のシール部が設けられるシール位置と、カバーとケース本体との溶接部が設けられる溶接位置とは重なり合わないので、燃料電池取付構造体のシール部におけるシール性能をより向上させることができる。

上記構成によれば、カバーはプレス加工等の塑性加工で一体として成形されることにより、例えば、カバー本体とカバーのフランジとを溶接等で接合してカバーを製造する場合よりも燃料電池ケースの製造コストを更に低減することができる。また、一体として成形されたカバーは、カバー本体とカバーのフランジとの間に継ぎ目が生じないので、水等に対するシール性をより高めることができる。

本発明の実施の形態において、燃料電池ケースを示す図である。 本発明の実施の形態において、燃料電池取付構造体の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態において、燃料電池を収容するケース本体を示す図である。 本発明の実施の形態において、燃料電池取付構造体の首部を覆うカバーを示す断面図である。 本発明の実施の形態において、ケース本体にカバーを取り付ける取付方法を示す図である。 本発明の実施の形態において、カバーが取り付けられたケース本体を示す断面図である。 本発明の実施の形態において、燃料電池を燃料電池取付構造体でケース本体に取り付けた状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 燃料電池ケース、２０ 燃料電池、２２ 単セル、２４，２６ エンドプレート、３０ 燃料電池取付構造体、３２ ケース本体、３４ 座台、３６ 座板、３８ 絶縁基体、４０ 第２ボルト、４２ ボルト穴、４４ 首部、４６，４７，４８ シール部、５２ フランジ部、５４ 締結孔、５６ ケーブル孔、５８ 補強材、６０ 開口、６２，７６ 第２ボルト穴、７０ カバー、７２ カバー本体、７４ フランジ、８０ 溶接部、８２ 第１ボルト、８４ ナット。

Claims (3)

1. 燃料電池に固定される燃料電池取付構造体と、
   燃料電池取付構造体が取り付けられ、燃料電池を収容するケース本体と、
   を備え、
   燃料電池取付構造体は、
   燃料電池のエンドプレートに第１ボルトで固定される座台と、
   ケース本体に固定される座板と、
   座台と座板とを絶縁して一体化する絶縁基体と、
   を含み、
   絶縁基体は、第１ボルトを挿入するボルト穴が形成され、ケース本体の外方に突出する首部を有し、
   ケース本体は、
   燃料電池取付構造体の首部を避ける開口と、
   燃料電池取付構造体の首部を覆うカバーと、
   を有し、
   燃料電池を収納する燃料電池ケースであって、
   カバーは、フランジを有し、
   フランジは、ケース本体の内面に固定されることを特徴とする燃料電池ケース。
2. 請求項１に記載の燃料電池ケースであって、
   フランジは、ケース本体の内面に溶接されて固定されることを特徴とする燃料電池ケース。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池ケースであって、
   燃料電池取付構造体は、座板に設けられ、ケース本体に固定する第２ボルトを有することを特徴とする燃料電池ケース。

Images