JP2010003626A

JP2010003626A - Fuel cell stack

Info

Publication number: JP2010003626A
Application number: JP2008163259A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nishiyama; 忠志西山; Ryoichi Yoshitomi; 亮一吉冨
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2028-06-23
Also published as: JP5207847B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain certainly in equal potential an end plate and a side plate formed of dissimilar metal with a simple and economical construction. <P>SOLUTION: The casing 24 which constitutes a fuel cell stack 10 is provided with end plates 20a, 20b being an edge plate, a plurality of side plates 60a-60d which are arranged at the side of a laminated body 14, angle members 62a-62d which link the end portions mutually adjacent of the side plates 60a-60d, and connecting pins 64a-64b which link the end plates 20a, 20b and the side plates 60a-60d and of which at least on the surface, electric insulating treatment is applied. The end plate 20a and the side plate 60a are formed of dissimilar metal materials and are electrically jointed through a coupling bus bar 96. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックに関する。 The present invention includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is contained in a box-shaped casing. It relates to a battery stack.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより、燃料電池が構成されている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. A fuel cell is configured by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of the electrolyte membrane with a separator.

この場合、燃料電池の発電時に、金属の表面等における電位差に起因して電流が流れ、燃料電池構成部品の一部に腐食が発生するという問題がある。そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムでは、セパレータに、燃料電池が複数積層されたときに積層方向に連なる流体流路が形成されているとともに、該流体流路に連通する部分には、発電時における燃料電池積層体のうち最も高電位のセパレータの電位より少なくとも一部が高い電位となっている高電位部材が設けられている。 In this case, there is a problem that during the power generation of the fuel cell, current flows due to a potential difference on the metal surface or the like, and corrosion occurs in some of the fuel cell components. Thus, for example, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, a fluid channel that is continuous in the stacking direction when a plurality of fuel cells are stacked is formed in the separator, and the fluid channel communicates with the fluid channel. The portion is provided with a high potential member in which at least a part is higher than the potential of the highest potential separator in the fuel cell stack during power generation.

これにより、高電位部材からセパレータに電流が流れ、分極効果によってセパレータの電位が低くなり、腐食電流を消滅させることができ、燃料電池の構成部品（特にセパレータ）の腐食を効果的に抑制することが可能である、としている。 As a result, current flows from the high potential member to the separator, the potential of the separator is lowered by the polarization effect, the corrosion current can be eliminated, and the corrosion of the fuel cell components (particularly the separator) is effectively suppressed. Is possible.

特開２００８−１６２１６号公報JP 2008-16216 A

ところで、燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数（例えば、数十〜数百）だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。この燃料電池スタックは、複数の燃料電池が積層された積層体の積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、ボックス状のケーシング内に収容される場合がある。 By the way, the fuel cell is used as a fuel cell stack in which a predetermined number (for example, several tens to several hundreds) is stacked in order to obtain a desired power generation. In this fuel cell stack, end plates may be disposed at both ends in a stacking direction of a stacked body in which a plurality of fuel cells are stacked, and may be housed in a box-shaped casing.

その際、ケーシングを構成するサイドパネル（側板）は、薄板化を図るために、例えば、ステンレス鋼板（ＳＵＳ材）が使用される一方、端板であるエンドプレートは、軽量化を図るために、例えば、アルミニウム板が使用されている。 At that time, for example, a stainless steel plate (SUS material) is used for the side panel (side plate) constituting the casing in order to reduce the thickness, while the end plate, which is an end plate, is used for weight reduction. For example, an aluminum plate is used.

従って、異種金属であるサイドパネルとエンドプレートとが接触することにより、電位差が発生するため、前記サイドパネルと前記エンドプレートとを連結する連結ピン（連結部材）に腐食電流が流れるという問題がある。このため、連結ピンの表面に絶縁処理を施しているが、これにより、サイドパネルとエンドプレートとの間には、電位差が存在してしまう。 Therefore, since a potential difference is generated when the side panel and the end plate, which are different metals, contact each other, there is a problem that a corrosion current flows through a connecting pin (connecting member) that connects the side panel and the end plate. . For this reason, although the insulation process is performed on the surface of the connecting pin, a potential difference exists between the side panel and the end plate.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、異種金属で構成される端板と側板とを、確実に等電位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。 The present invention solves this type of problem, and provides a fuel cell stack that can reliably maintain an equipotential between an end plate and a side plate made of different metals with a simple and economical configuration. The purpose is to provide.

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックに関するものである。 The present invention includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is contained in a box-shaped casing. It relates to a battery stack.

ケーシングは、積層体の積層方向両端部に配置される金属製の端板と、前記積層体の側部に配置されるとともに、前記端板とは異なる金属材料で形成される側板と、前記端板と前記側板とを連結するとともに、少なくとも表面が電気絶縁性を有する連結部材とを備え、前記端板と前記側板とは、導電部材を介して電気的に結合されている。 The casing is made of a metal end plate disposed at both ends in the stacking direction of the laminate, a side plate formed of a metal material different from the end plate while being disposed at the side of the laminate, and the end. The plate and the side plate are connected to each other, and at least the surface thereof is provided with a connecting member having electrical insulation, and the end plate and the side plate are electrically coupled via a conductive member.

また、少なくとも１つの側板は、互いに離間して配置される一対のプレート部材を有し、前記プレート部材同士は、導電部材を介して電気的に結合されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that at least one side plate has a pair of plate member arrange | positioned mutually spaced apart, and the said plate members are electrically couple | bonded through a conductive member.

本発明では、端板と側板とが、導電部材を介して電気的に結合されるため、簡単且つ経済的な構成で、異種金属で構成される前記端板と前記側板とを、確実に等電位に維持することが可能になる。従って、例えば、端板が電食されて損傷することを確実に阻止することができ、燃料電池スタック全体の耐久性が良好に向上する。 In the present invention, since the end plate and the side plate are electrically coupled via the conductive member, the end plate and the side plate made of dissimilar metals can be reliably connected with a simple and economical configuration. It becomes possible to maintain the potential. Therefore, for example, it is possible to reliably prevent the end plate from being eroded and damaged, and the durability of the entire fuel cell stack is improved satisfactorily.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の一部分解概略斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部断面側面図である。この燃料電池スタック１０は、例えば、燃料電池車両に搭載される車載型燃料電池スタックとして使用される。 FIG. 1 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional side view of the fuel cell stack 10. The fuel cell stack 10 is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack mounted on a fuel cell vehicle.

燃料電池スタック１０は、複数の単位セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備える。積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。 The fuel cell stack 10 includes a stacked body 14 in which a plurality of unit cells 12 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction). A terminal plate 16a, an insulating plate 18 and an end plate 20a are sequentially disposed at one end in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 14 toward the outside.

積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁性スペーサ部材２２（絶縁プレート１８を用いてもよい）及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。燃料電池スタック１０は、縦長の長方形状に構成されるエンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含む箱状のケーシング２４により一体的に保持される。エンドプレート２０ａ、２０ｂは、例えば、アルミニウム合金やマグネシウム等を鋳造又は機械加工することにより形成される。 At the other end in the stacking direction of the stacked body 14, a terminal plate 16b, an insulating spacer member 22 (the insulating plate 18 may be used) and an end plate 20b are sequentially disposed outward. The fuel cell stack 10 is integrally held by a box-shaped casing 24 including end plates 20a and 20b configured as vertically long rectangles as end plates. The end plates 20a and 20b are formed by casting or machining an aluminum alloy, magnesium, or the like, for example.

図２及び図３に示すように、各単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３０と、前記電解質膜・電極構造体３０を挟持する薄板波形状の第１及び第２金属セパレータ３２、３４とを備える。なお、第１及び第２金属セパレータ３２、３４に代えて、カーボンセパレータを用いてもよい。 As shown in FIGS. 2 and 3, each unit cell 12 includes an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 30, and a thin plate-shaped first and second sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 30. Second metal separators 32 and 34 are provided. Instead of the first and second metal separators 32 and 34, carbon separators may be used.

単位セル１２の長辺方向（図３中、矢印Ｃ方向）の一端縁部（上端縁部）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３８ａが設けられる。 In order to supply an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, to one end edge (upper edge) in the long side direction (the arrow C direction in FIG. 3) of the unit cell 12 in communication with each other in the arrow A direction. The oxidant gas supply communication hole 36a and a fuel gas supply communication hole 38a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

単位セル１２の長辺方向の他端縁部（下端縁部）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３６ｂが設けられる。 The other end edge (lower end edge) of the unit cell 12 in the long side direction communicates with each other in the direction of arrow A, and discharges the fuel gas discharge communication hole 38b for discharging the fuel gas and the oxidant gas. For this purpose, an oxidant gas discharge communication hole 36b is provided.

単位セル１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔４０ａが設けられるとともに、前記単位セル１２の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔４０ｂが設けられる。 A cooling medium supply communication hole 40a for supplying a cooling medium is provided at one end edge of the unit cell 12 in the short side direction (arrow B direction), and the other end edge of the unit cell 12 in the short side direction. Is provided with a cooling medium discharge communication hole 40b for discharging the cooling medium.

電解質膜・電極構造体３０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。 The electrolyte membrane / electrode structure 30 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 42 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 44 and a cathode side electrode 46 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 42. With.

アノード側電極４４及びカソード側電極４６は、カーボンペーパ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形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４２の両面に形成される。 The anode side electrode 44 and the cathode side electrode 46 are uniformly coated with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 42.

第１金属セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、燃料ガス供給連通孔３８ａと燃料ガス排出連通孔３８ｂとを連通する燃料ガス流路４８が矢印Ｃ方向に沿って形成される。第１金属セパレータ３２の面３２ｂには、冷却媒体供給連通孔４０ａと冷却媒体排出連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路５０が矢印Ｂ方向に沿って形成される。 On the surface 32a of the first metal separator 32 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30, a fuel gas flow channel 48 that communicates the fuel gas supply communication hole 38a and the fuel gas discharge communication hole 38b is formed along the arrow C direction. Is done. On the surface 32b of the first metal separator 32, a cooling medium flow path 50 that communicates the cooling medium supply communication hole 40a and the cooling medium discharge communication hole 40b is formed along the arrow B direction.

第２金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、矢印Ｃ方向に沿って酸化剤ガス流路５２が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路５２は、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとに連通する。第２金属セパレータ３４の面３４ｂには、第１金属セパレータ３２の面３２ｂと重なり合って冷却媒体流路５０が一体的に形成される。 The surface 34a of the second metal separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30 is provided with an oxidant gas flow path 52 along the direction of arrow C. The oxidant gas flow path 52 is provided with an oxidant gas supply. The communication hole 36a communicates with the oxidant gas discharge communication hole 36b. A cooling medium flow path 50 is integrally formed on the surface 34 b of the second metal separator 34 so as to overlap the surface 32 b of the first metal separator 32.

第１金属セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、この第１金属セパレータ３２の外周端縁部を周回して第１シール部材５４が一体成形される。第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第２金属セパレータ３４の外周端縁部を周回して第２シール部材５６が一体成形される。 A first seal member 54 is integrally formed on the surfaces 32 a and 32 b of the first metal separator 32 around the outer peripheral edge of the first metal separator 32. A second seal member 56 is integrally formed on the surfaces 34 a and 34 b of the second metal separator 34 around the outer peripheral edge of the second metal separator 34.

図２に示すように、第１及び第２シール部材５４、５６間には、固体高分子電解質膜４２の外周が、直接、ケーシング２４に接触することを阻止するために、シール５７が介装される。 As shown in FIG. 2, a seal 57 is interposed between the first and second seal members 54 and 56 in order to prevent the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 42 from directly contacting the casing 24. Is done.

図１に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの中央部側には、積層方向に突出する棒状の端子部５８ａ、５８ｂが設けられる。端子部５８ａ、５８ｂは、エンドプレート２０ａ、２０ｂに形成された孔部５９ａ、５９ｂを通って外部に突出するとともに、前記端子部５８ａ、５８ｂには、例えば、車両走行用モータ等の負荷が接続される。 As shown in FIG. 1, rod-shaped terminal portions 58a and 58b projecting in the stacking direction are provided on the center side of the terminal plates 16a and 16b. The terminal portions 58a and 58b protrude to the outside through holes 59a and 59b formed in the end plates 20a and 20b, and a load such as a vehicle driving motor is connected to the terminal portions 58a and 58b. Is done.

ケーシング２４は、端板であるエンドプレート２０ａ、２０ｂと、積層体１４の側部に配置される複数の側板６０ａ〜６０ｄと、前記側板６０ａ〜６０ｄの互いに近接する端部同士を連結するアングル部材６２ａ〜６２ｄと、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂと前記側板６０ａ〜６０ｄとを連結するそれぞれ長さの異なる丸棒状の連結ピン（連結部材）６４ａ、６４ｂとを備える。 The casing 24 is an angle member that connects end plates 20a and 20b, which are end plates, a plurality of side plates 60a to 60d disposed on the side of the laminated body 14, and end portions of the side plates 60a to 60d that are close to each other. 62a to 62d, and round bar-like connecting pins (connecting members) 64a and 64b having different lengths for connecting the end plates 20a and 20b and the side plates 60a to 60d.

側板６０ａ〜６０ｄは、エンドプレート２０ａ、２０ｂとは異なる金属材料、例えば、ステンレス鋼板（ＳＵＳ材）で形成される。側板６０ａ〜６０ｄは、アングル部材６２ａ〜６２ｄ及びボルト６７を介して互いに固定され、ケーシング２４が構成される（図４参照）。連結ピン６４ａ、６４ｂは、少なくとも表面に電着塗装等による電気絶縁処理が施されている。 The side plates 60a to 60d are formed of a metal material different from the end plates 20a and 20b, for example, a stainless steel plate (SUS material). The side plates 60a to 60d are fixed to each other via angle members 62a to 62d and bolts 67 to constitute the casing 24 (see FIG. 4). The connecting pins 64a and 64b are at least subjected to an electrical insulation process by electrodeposition coating or the like.

図１に示すように、エンドプレート２０ａ、２０ｂの上下左右各辺には、それぞれ第１支持部６６ａ、６６ｂが突出形成される。積層体１４の矢印Ｂ方向両側に配置される側板６０ａ、６０ｃの長手方向（矢印Ａ方向）両端には、第２支持部７０ａ、７０ｂが形成される。積層体１４の上下両側に配置される側板６０ｂ、６０ｄの長手方向両端には、第２支持部７２ａ、７２ｂが形成される。 As shown in FIG. 1, first support portions 66a and 66b are formed to project from the upper, lower, left and right sides of the end plates 20a and 20b, respectively. Second support portions 70a and 70b are formed at both ends in the longitudinal direction (arrow A direction) of the side plates 60a and 60c arranged on both sides in the arrow B direction of the laminate 14. Second support portions 72a and 72b are formed at both ends in the longitudinal direction of the side plates 60b and 60d disposed on the upper and lower sides of the laminated body 14, respectively.

図１及び図４に示すように、側板６０ａ、６０ｃの各第２支持部７０ａ、７０ｂ間には、エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺の第１支持部６６ａ、６６ｂが配置されるとともに、これらに長尺な連結ピン６４ａが一体的に挿入される。 As shown in FIGS. 1 and 4, first support portions 66a and 66b on both sides of the end plates 20a and 20b are disposed between the second support portions 70a and 70b of the side plates 60a and 60c. The long connecting pins 64a are integrally inserted into these.

同様に、側板６０ｂ、６０ｄの第２支持部７２ａ、７２ｂは、エンドプレート２０ａ、２０ｂの上辺及び下辺の第１支持部６６ａ、６６ｂと交互に配置されるとともに、これらに短尺な連結ピン６４ｂが一体的に挿入される。 Similarly, the second support portions 72a and 72b of the side plates 60b and 60d are alternately arranged with the first support portions 66a and 66b on the upper and lower sides of the end plates 20a and 20b, and a short connecting pin 64b is provided on these. Inserted integrally.

図１に示すように、エンドプレート２０ａには、酸化剤ガス供給連通孔３６ａに連通する酸化剤ガス入口７６ａ、燃料ガス供給連通孔３８ａに連通する燃料ガス入口７８ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに連通する酸化剤ガス出口７６ｂ及び燃料ガス排出連通孔３８ｂに連通する燃料ガス出口７８ｂが設けられる。 As shown in FIG. 1, the end plate 20a has an oxidant gas inlet 76a communicating with the oxidant gas supply communication hole 36a, a fuel gas inlet 78a communicated with the fuel gas supply communication hole 38a, and an oxidant gas discharge communication hole 36b. An oxidant gas outlet 76b communicating with the fuel gas and a fuel gas outlet 78b communicating with the fuel gas discharge communicating hole 38b are provided.

エンドプレート２０ｂには、冷却媒体供給連通孔４０ａに連通する冷却媒体入口８０ａと、冷却媒体排出連通孔４０ｂに連通する冷却媒体出口８０ｂとが設けられる。 The end plate 20b is provided with a cooling medium inlet 80a that communicates with the cooling medium supply communication hole 40a and a cooling medium outlet 80b that communicates with the cooling medium discharge communication hole 40b.

図４に示すように、燃料電池スタック１０のエンドプレート２０ａには、加湿器８２が固定される。加湿器８２のハウジング８４は、例えば、鋳造成形されており、エンドプレート２０ａに接するフランジ部８６に複数のボルト８８が挿入される。ボルト８８がエンドプレート２０ａに螺合することにより、加湿器８２が前記エンドプレート２０ａに直接固定される。 As shown in FIG. 4, a humidifier 82 is fixed to the end plate 20 a of the fuel cell stack 10. The housing 84 of the humidifier 82 is, for example, cast-molded, and a plurality of bolts 88 are inserted into the flange portion 86 that is in contact with the end plate 20a. As the bolt 88 is screwed into the end plate 20a, the humidifier 82 is directly fixed to the end plate 20a.

加湿器８２内には、第１及び第２加湿部９０ａ、９０ｂが上下に配列して収容される。第１加湿部９０ａ及び第２加湿部９０ｂは、空気供給配管９２と加湿空気供給配管９４とに接続される。第１加湿部９０ａ及び第２加湿部９０ｂは、例えば、中空糸膜型加湿構造を採用することができる。 In the humidifier 82, the first and second humidifying units 90a and 90b are arranged in the vertical direction and accommodated. The first humidifying unit 90 a and the second humidifying unit 90 b are connected to the air supply pipe 92 and the humidified air supply pipe 94. The first humidifying unit 90a and the second humidifying unit 90b can adopt, for example, a hollow fiber membrane type humidifying structure.

空気供給配管９２は、図示しない空気供給用ポンプに接続されるとともに、加湿空気供給配管９４は、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口７６ａに接続される。 The air supply pipe 92 is connected to an unillustrated air supply pump, and the humidified air supply pipe 94 is connected to the oxidant gas inlet 76a of the end plate 20a.

燃料電池スタック１０と加湿器８２とには、使用済みの生成水を含んだ酸化剤ガス（以下、オフガスという）を加湿流体として供給するためのオフガス供給配管９５が接続される。オフガス供給配管９５は、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス出口７６ｂに接続される。 The fuel cell stack 10 and the humidifier 82 are connected to an off-gas supply pipe 95 for supplying an oxidant gas containing used generated water (hereinafter referred to as off-gas) as a humidified fluid. The off gas supply pipe 95 is connected to the oxidant gas outlet 76b of the end plate 20a.

エンドプレート２０ａと側板６０ａとは、導電率の高い金属材料等を用いた連結バスバー（導電部材）９６を介して電気的に結合される。連結バスバー９６は、エンドプレート２０ａにボルト９８を介して固定される一端部９６ａを備え、この一端部９６ａから９０゜屈曲した後、側板６０ａにボルト９８を介して固定される他端部９６ｂが設けられる。側板６０ａ、連結バスバー９６、エンドプレート２０ａ、加湿器８２のハウジング８４及び車体フレーム１００に連なる導通経路が形成される。 The end plate 20a and the side plate 60a are electrically coupled via a connecting bus bar (conductive member) 96 using a metal material having high conductivity. The connecting bus bar 96 includes one end portion 96a fixed to the end plate 20a via a bolt 98. After bending 90 ° from the one end portion 96a, the other end portion 96b fixed to the side plate 60a via the bolt 98 is provided. Provided. A conduction path that is continuous with the side plate 60a, the connecting bus bar 96, the end plate 20a, the housing 84 of the humidifier 82, and the vehicle body frame 100 is formed.

なお、エンドプレート２０ａと側板６０ａとに表面処理がなされている場合には、表面被覆を剥がすことにより、連結バスバー９６と確実に電気的接触状態を保つことが好ましい。また、側板６０ａに代えて、側板６０ｃとエンドプレート２０ａとを連結バスバー９６により結合してもよい。 When surface treatment is applied to the end plate 20a and the side plate 60a, it is preferable that the electrical contact with the connecting bus bar 96 is reliably maintained by removing the surface coating. Further, instead of the side plate 60a, the side plate 60c and the end plate 20a may be coupled by the connecting bus bar 96.

このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。 The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

先ず、図４に示すように、空気用ポンプ（図示せず）が駆動され、酸化剤ガスである外部空気が吸引されて空気供給配管９２に導入される。この空気は、空気供給配管９２から加湿器８２内に導入され、第１及び第２加湿部９０ａ、９０ｂを通って加湿空気供給配管９４に供給される。 First, as shown in FIG. 4, an air pump (not shown) is driven, and external air that is an oxidant gas is sucked and introduced into the air supply pipe 92. The air is introduced into the humidifier 82 from the air supply pipe 92 and supplied to the humidified air supply pipe 94 through the first and second humidifiers 90a and 90b.

その際、加湿器８２には、後述するように、反応に使用された酸化剤ガスであるオフガスが、オフガス供給配管９５から供給されている。このため、使用前の空気には、加湿器８２の水透過膜（図示せず）を介してオフガス中に含まれる水分が移動し、この使用前の空気が加湿される。加湿された空気は、加湿空気供給配管９４からエンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口７６ａに供給される。 At that time, the off-gas which is the oxidant gas used for the reaction is supplied to the humidifier 82 from the off-gas supply pipe 95 as described later. For this reason, the moisture contained in the off-gas moves to the air before use through a water permeable membrane (not shown) of the humidifier 82, and the air before use is humidified. The humidified air is supplied from the humidified air supply pipe 94 to the oxidant gas inlet 76a of the end plate 20a.

一方、図１に示すように、エンドプレート２０ａの燃料ガス入口７８ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、エンドプレート２０ｂの冷却媒体入口８０ａには、純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。 On the other hand, as shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet 78a of the end plate 20a. Further, a cooling medium such as pure water or ethylene glycol is supplied to the cooling medium inlet 80a of the end plate 20b.

このため、積層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の単位セル１２に対し、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、燃料ガス供給連通孔３８ａ及び冷却媒体供給連通孔４０ａに、それぞれ酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印Ａ方向に供給される。 Therefore, in the stacked body 14, the oxidant gas is supplied to the oxidant gas supply communication hole 36a, the fuel gas supply communication hole 38a, and the cooling medium supply communication hole 40a with respect to the plurality of unit cells 12 stacked in the arrow A direction. The fuel gas and the cooling medium are supplied in the direction of arrow A.

図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａから第２金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体３０のカソード側電極４６に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３８ａから第１金属セパレータ３２の燃料ガス流路４８に導入され、電解質膜・電極構造体３０のアノード側電極４４に沿って移動する。 As shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 52 of the second metal separator 34 through the oxidant gas supply communication hole 36 a, and along the cathode side electrode 46 of the electrolyte membrane / electrode structure 30. Move. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas channel 48 of the first metal separator 32 from the fuel gas supply communication hole 38 a and moves along the anode side electrode 44 of the electrolyte membrane / electrode structure 30.

従って、各電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。 Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 30, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 46 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 44 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.

次いで、カソード側電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに沿って流動した後、オフガスとしてエンドプレート２０ａからオフガス供給配管９５に排出される（図４参照）。同様に、アノード側電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３８ｂに排出されて流動し、エンドプレート２０ａの燃料ガス出口７８ｂから燃料ガス循環供給系（図示せず）に排出される。 Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 46 flows along the oxidant gas discharge communication hole 36b, and is then discharged from the end plate 20a to the offgas supply pipe 95 as offgas (see FIG. 4). ). Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 44 is discharged to the fuel gas discharge communication hole 38b and flows, and the fuel gas circulation supply system (not shown) is supplied from the fuel gas outlet 78b of the end plate 20a. To be discharged.

また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔４０ａから第１及び第２金属セパレータ３２、３４間の冷却媒体流路５０に導入され、矢印Ｂ方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体排出連通孔４０ｂを移動してエンドプレート２０ｂの冷却媒体出口８０ｂから排出される（図１参照）。 The cooling medium is introduced into the cooling medium flow path 50 between the first and second metal separators 32 and 34 from the cooling medium supply communication hole 40a, and flows along the arrow B direction. After cooling the electrolyte membrane / electrode structure 30, the cooling medium moves through the cooling medium discharge communication hole 40b and is discharged from the cooling medium outlet 80b of the end plate 20b (see FIG. 1).

この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、エンドプレート２０ａと側板６０ａとは、連結バスバー９６を介して電気的に結合されている。そして、側板６０ａ、連結バスバー９６、エンドプレート２０ａ、加湿器８２のハウジング８４及び車体フレーム１００に連なる導通経路が形成されている。このため、燃料電池スタック１０の発電時に、異種金属であるエンドプレート２０ａと側板６０ａとが接触することにより電位差が発生することを、良好に阻止することができる。 In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 4, the end plate 20 a and the side plate 60 a are electrically coupled via the connecting bus bar 96. And the conduction | electrical_connection path | route connected to the side plate 60a, the connection bus bar 96, the end plate 20a, the housing 84 of the humidifier 82, and the vehicle body frame 100 is formed. For this reason, at the time of power generation of the fuel cell stack 10, it is possible to satisfactorily prevent a potential difference from occurring due to the contact between the end plate 20a and the side plate 60a, which are dissimilar metals.

これにより、簡単且つ経済的な構成で、エンドプレート２０ａと側板６０ａとを、確実に等電位に維持することが可能になる。従って、例えば、側板６０ａが電食されて損傷することを確実に阻止することができ、燃料電池スタック１０全体の耐久性が良好に向上するという効果が得られる。 This makes it possible to reliably maintain the end plate 20a and the side plate 60a at the same potential with a simple and economical configuration. Therefore, for example, the side plate 60a can be reliably prevented from being damaged by electric corrosion, and the durability of the entire fuel cell stack 10 can be improved satisfactorily.

図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１１０の斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。 FIG. 5 is a perspective explanatory view of a fuel cell stack 110 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

燃料電池スタック１１０を構成するケーシング１１２は、少なくとも側板６０ａ又は側板６０ｃに代えて側板１１４を備える。側板１１４は、上下（矢印Ｃ方向）に２分割されて互いに距離ｈだけ離間して配置される一対のプレート部１１４ａ、１１４ｂを有する。プレート部１１４ａ、１１４ｂ間には、各単位セル１２毎に、あるいは複数の単位セル１２毎（例えば、２つの単位セル１２毎）に設けられるセル電圧端子（図示せず）に接続されるコネクタ１１６が配置される。 The casing 112 constituting the fuel cell stack 110 includes at least a side plate 114 instead of the side plate 60a or the side plate 60c. The side plate 114 has a pair of plate portions 114a and 114b that are divided into two parts in the vertical direction (arrow C direction) and are spaced apart from each other by a distance h. Between the plate portions 114a and 114b, a connector 116 connected to a cell voltage terminal (not shown) provided for each unit cell 12 or for each of a plurality of unit cells 12 (for example, for every two unit cells 12). Is placed.

プレート部１１４ａ、１１４ｂは、例えば、ステンレス鋼板で形成され、エンドプレート２０ａと前記プレート部１１４ａとは、連結バスバー（導電部材）９６を介して電気的に結合される。プレート部１１４ａ、１１４ｂ間は、連結バスバー１１８を介して電気的に結合される。この連結バスバー１１８の両端は、例えば、ボルト６７を介してプレート部１１４ａ、１１４ｂに連結される。 The plate portions 114 a and 114 b are formed of, for example, a stainless steel plate, and the end plate 20 a and the plate portion 114 a are electrically coupled to each other via a connecting bus bar (conductive member) 96. The plate portions 114a and 114b are electrically coupled via a connecting bus bar 118. Both ends of the connection bus bar 118 are connected to the plate portions 114a and 114b via bolts 67, for example.

このように構成される第２の実施形態では、互いに距離ｈだけ離端して配置される一対のプレート部１１４ａ、１１４ｂが、連結バスバー１１８を介して電気的に結合されている。このため、プレート部１１４ａ、１１４ｂ間に電位差が発生することがなく、しかも側板１１４とエンドプレート２０ａとを、確実に等電位に維持することが可能になる。これにより、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。 In the second embodiment configured as described above, the pair of plate portions 114 a and 114 b arranged so as to be separated from each other by the distance h are electrically coupled via the connecting bus bar 118. Therefore, no potential difference is generated between the plate portions 114a and 114b, and the side plate 114 and the end plate 20a can be reliably maintained at the same potential. As a result, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

図６は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１２０の斜視説明図である。なお、第２の実施形態に係る燃料電池スタック１１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。 FIG. 6 is a perspective explanatory view of a fuel cell stack 120 according to the third embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the fuel cell stack 110 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

側板１１４を構成するプレート部１１４ａ、１１４ｂ間は、アースケーブル１２２を介して電気的に結合される。アースケーブル１２２の両端は、ボルト６７を介してプレート部１１４ａ、１１４ｂに連結されるとともに、固定部材１２４を介して前記プレート部１１４ａ、１１４ｂに保持される。 The plate portions 114 a and 114 b constituting the side plate 114 are electrically coupled via the ground cable 122. Both ends of the ground cable 122 are connected to the plate portions 114a and 114b via bolts 67 and held by the plate portions 114a and 114b via fixing members 124.

このように構成される第３の実施形態では、上記の第２の実施形態と同様の効果が得られる。 In the third embodiment configured as described above, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。1 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the unit cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの一部斜視説明図である。It is a partial perspective explanatory view of the fuel cell stack. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視説明図である。FIG. 5 is a perspective explanatory view of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視説明図である。FIG. 6 is a perspective explanatory view of a fuel cell stack according to a third embodiment of the present invention.

Explanation of symbols

１０、１１０、１２０…燃料電池スタック
１２…単位セル１４…積層体
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート１８…絶縁プレート
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート２２…スペーサ部材
２４、１１２…ケーシング３０…電解質膜・電極構造体
３２、３４…金属セパレータ４２…固体高分子電解質膜
４４…アノード側電極４６…カソード側電極
４８…燃料ガス流路５０…冷却媒体流路
５２…酸化剤ガス流路６０ａ〜６０ｄ、１１４…側板
６４ａ、６４ｂ…連結ピン８２…加湿器
９６、１１８…連結バスバー１１４ａ、１１４ｂ…プレート部
１２２…アースケーブル DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 110, 120 ... Fuel cell stack 12 ... Unit cell 14 ... Laminated body 16a, 16b ... Terminal plate 18 ... Insulating plate 20a, 20b ... End plate 22 ... Spacer member 24, 112 ... Casing 30 ... Electrolyte membrane electrode structure 32, 34 ... Metal separator 42 ... Solid polymer electrolyte membrane 44 ... Anode side electrode 46 ... Cathode side electrode 48 ... Fuel gas channel 50 ... Coolant medium channel 52 ... Oxidant gas channel 60a-60d, 114 ... Side plate 64a , 64b ... connecting pin 82 ... humidifier 96, 118 ... connecting bus bar 114a, 114b ... plate portion 122 ... ground cable

Claims

A fuel cell stack comprising a unit cell in which an electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is housed in a box-shaped casing. And
The casing is made of metal end plates disposed at both ends in the stacking direction of the laminate,
A side plate that is disposed on a side of the laminate and formed of a metal material different from the end plate;
A connecting member that connects the end plate and the side plate, and at least a surface having electrical insulation,
With
The end plate and the side plate are electrically coupled via a conductive member.

2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein at least one of the side plates includes a pair of plate members that are spaced apart from each other.
The fuel cell stack, wherein the plate members are electrically coupled to each other through a conductive member.