JP2010251107A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】ケースに収納された状態で使用される燃料電池スタックにおいて、ケースに許容される大きさ以上の外力がケースに対して加えられてケースが変形した場合であっても、燃料電池スタックが備える集電板に設けられた出力端子部とケースとの短絡を抑制する。
【解決手段】燃料電池スタックは、複数の単セルを積層してなる積層体と、複数の単セルの積層方向についての積層体の両端部にそれぞれ配置された集電板と、上記積層方向から見たときに、積層体の外形形状と略同一の外形形状を有し、集電板との間に絶縁板を介在させて、積層体および集電板を挟むように配置された一対のエンドプレートと、を備える。各集電板は、積層体によって発電された電力を出力するための出力端子部を有する。そして、積層体は、上記積層方向から見たときに、出力端子部および出力端子部に接続される部材を、エンドプレートの外周よりも内側に格納するための格納部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池スタックに関し、詳しくは、ケースに収納された状態で使用される燃料電池スタックに関するものである。

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、一般に、複数の単セルを積層させた燃料電池スタックの形態で利用される。そして、燃料電池スタックによって発電された電力は、燃料電池スタックが備える集電板に設けられた出力端子部から、出力端子部に接続されたバスバーやケーブルを介して出力される。なお、集電板に設けられた出力端子部は、一般に、バスバーやケーブルを接続しやすいように、燃料電池スタックの外形よりも外側に突出するように設けられ、出力端子部とバスバーやケーブルとは、例えば、ボルトによって接続される。

ところで、このような燃料電池スタックを備える燃料電池システムは、電源として、いわゆる燃料電池車両（以下、単に車両とも呼ぶ）に搭載される場合がある。この場合には、燃料電池スタックは、比較的強度の高い金属製のケース（スタックケース）に収容された状態で車両に搭載される。

特開２００７−１６５２８６号公報

燃料電池システムが車両に搭載される場合、上記ケースは、車両の挙動安定性を向上させるとともに、車両が衝突（正面衝突、側突、後突を含む）した場合でも、収容する燃料電池スタックが破損しにくいように、車両の床下部に搭載されることが多い。

しかし、車両が衝突した場合の衝撃力が想定外に大きい場合には、上記ケースに許容される大きさ以上の力（外力）が上記ケースに対して加わって上記ケースが変形して、燃料電池スタックから突出した出力端子部やボルト等と接触し、出力端子部とケースとの短絡を招くおそれがある。出力端子部とケースとの短絡を防止するためには、例えば、出力端子部とバスバー等との接続部に絶縁性の保護カバーを設けることが考えられるが、この接続部は、高電圧によって発熱する部位であり放熱が必要なため、接続部に上記保護カバーを設けることは困難である。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ケースに収納された状態で使用される燃料電池スタックにおいて、ケースに許容される大きさ以上の外力がケースに対して加えられてケースが変形した場合であっても、燃料電池スタックが備える集電板に設けられた出力端子部とケースとの短絡を抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］ケースに収納された状態で使用される燃料電池スタックであって、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する単セルを複数積層してなる積層体と、前記積層体によって発電された電力を出力するための出力端子部を有し、複数の前記単セルの積層方向についての前記積層体の両端部にそれぞれ配置された集電板と、前記積層方向から見たときに、前記積層体の外形形状と略同一の外形形状を有し、前記集電板との間に絶縁板を介在させて、前記積層体および前記集電板を挟むように配置された一対のエンドプレートと、を備え、前記積層体は、前記積層方向から見たときに、前記集電板が有する前記出力端子部および該出力端子部に接続される部材を、前記エンドプレートの外周よりも内側に格納するための格納部を備える、燃料電池スタック。

適用例１の燃料電池スタックでは、上記積層体が、上記格納部を備えているので、上記出力端子部および出力端子部に接続される部材（例えば、バスバー、ケーブル、ボルト）を、上記格納部内に格納することができる。したがって、上記ケースに許容される大きさ以上の外力が上記ケースに対して加えられた場合であっても、上記ケースにおいて外力が加えられた部位と上記出力端子部との接触を防止し、上記出力端子部と上記ケースとの短絡を抑制することができる。

本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す説明図である。 第２実施例の燃料電池スタックが備える単セル１Ａを示す説明図である。 第３実施例の燃料電池スタックが備える単セル１Ｂを示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す説明図である。図１（ａ）に、燃料電池スタック１００の概略断面図を示した。この燃料電池スタック１００は、電源として、車両に搭載される（図示省略）。この車両において、燃料電池スタック１００は、図１（ａ）に示したように、所定の強度を有する金属製のスタックケース２００に収容される。そして、このスタックケース２００は、車両の挙動安定性を向上させるとともに、車両が衝突（正面衝突、側突、後突を含む）した場合でも、燃料電池スタック１００が破損しにくいように、車両の床下部（例えば、座席シートの下）に搭載される（図示省略）。なお、図１（ａ）では、燃料電池スタック１００に接続された各種配管の図示は省略されている。

燃料電池スタック１００は、水素と酸素との電気化学反応によって発電する単セル１を、複数積層させたスタック構造を有している。各単セル１は、概ね、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を、セパレータによって挟持した構成となっている（図示省略）。本実施例では、電解質膜として、ナフィオン（登録商標）等の固体高分子膜を用いるものとした。

燃料電池スタック１００は、上記単セル１を複数積層してなる積層体１０と、複数の単セル１の積層方向についての積層体１０の両端部にそれぞれ配置された集電板２０と、集電板２０との間に絶縁板３０を介在させて、積層体１０および絶縁板３０を挟むように配置された一対のエンドプレート４０とを備え、これらを図示しない締結部材によって締結することによって構成されている。単セル１の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。

集電板２０には、積層体１０によって発電された電力を出力するための出力端子部２２が設けられている。そして、この出力端子部２２には、外部回路に電力を供給するためのバスバー５０がボルト５２によって接続される。出力端子部２２には、外部回路に電力を供給するためのケーブルを接続するようにしてもよい。

なお、本実施例の燃料電池スタック１００では、複数の単セル１の積層方向から見たときの、積層体１０の外形形状とエンドプレート４０の外形形状とはほぼ同一である。そして、積層体１０には、複数の単セル１の積層方向から見たときに、出力端子部２２、および、出力端子部２２に接続されたバスバー５０、ボルト５２を、エンドプレート４０の外周よりも内側に格納するための格納部１２ｈが設けられている。出力端子部２２、および、出力端子部２２に接続されたバスバー５０、ボルト５２は、これらがエンドプレート４０の外周から突出しないように、出力端子部２２を格納部１２ｈ内に折り曲げることによって格納される。積層体１０において、格納部１２ｈは、以下に説明するように形成されている。

図１（ｂ）に、各単セル１の平面図を示した。図１（ｂ）中に描かれた破線は、エンドプレート４０の外形形状を示している。また、図１（ｂ）中に一点鎖線で示した領域は、各単セル１において電極が配置された電極部を示している。

図示するように、本実施例の燃料電池スタック１００では、各単セル１の一方の短辺の中央部に、短辺の内側に凹状に形成された切り欠き部１２が設けられている。切り欠き部１２の形状および大きさは、出力端子部２２、および、バスバー５０、ボルト５２の形状および大きさに応じて、これらをエンドプレート４０の外周よりも内側に格納可能なように任意に設定可能である。各単セル１の形状を上述した形状とすることによって、複数の単セル１を積層したときに、切り欠き部１２によって、積層体１０に格納部１２ｈが形成される。なお、図示は省略しているが、集電板２０は、出力端子部２２を格納部１２ｈに格納可能な形状を有している。

以上説明した第１実施例の燃料電池スタック１００によれば、積層体１０が格納部１２ｈを備えているので、集電板２０に設けられた出力端子部２２、および、バスバー５０、ボルト５２を、格納部１２ｈ内に格納することができる。したがって、スタックケース２００に許容される大きさ以上の外力がスタックケース２００に対して加えられた場合であっても、スタックケース２００において外力が加えられた部位と出力端子部２２、および、バスバー５０、ボルト５２との接触を防止し、出力端子部２２とスタックケース２００との短絡を抑制することができる。

Ｂ．第２実施例：
第２実施例の燃料電池スタックの構成は、先に説明した第１実施例の燃料電池スタック１００の構成とほぼ同じである。ただし、第２実施例の燃料電池スタックでは、第１実施例の燃料電池スタック１００における単セル１の代わりに、単セル１Ａを備えている。

図２は、第２実施例の燃料電池スタックが備える単セル１Ａを示す説明図である。図２では、図１（ｂ）と同様に、単セル１Ａの平面図を示した。図中に描かれた破線は、エンドプレート４０の外形形状を示しており、単セル１Ａの外形形状と、エンドプレート４０の外形形状とは、ほぼ同一である。また、図中に一点鎖線で示した領域は、各単セル１Ａにおいて電極が配置された電極部を示している。

図示するように、本実施例の燃料電池スタックでは、各単セル１Ａの１つの角部に、矩形の切り欠き部１２Ａが設けられている。切り欠き部１２Ａの形状および大きさは、出力端子部２２、および、バスバー５０、ボルト５２の形状および大きさに応じて、これらをエンドプレート４０の外周よりも内側に格納可能なように任意に設定可能である。各単セル１Ａの形状を上述した形状とすることによって、複数の単セル１Ａを積層したときに、切り欠き部１２Ａによって、積層体１０に格納部１２Ａｈが形成される。なお、図示は省略しているが、集電板２０は、出力端子部２２を格納部１２Ａｈに格納可能な形状を有している。

以上説明した第２実施例の燃料電池スタックによっても、積層体１０が格納部１２Ａｈを備えているので、集電板２０に設けられた出力端子部２２、および、バスバー５０、ボルト５２を、格納部１２Ａｈ内に格納することができる。したがって、スタックケース２００に許容される大きさ以上の外力がスタックケース２００に対して加えられた場合であっても、スタックケース２００において外力が加えられた部位と出力端子部２２との接触を防止し、出力端子部２２とスタックケース２００との短絡を抑制することができる。

Ｃ．第３実施例：
第３実施例の燃料電池スタックの構成は、先に説明した第１実施例の燃料電池スタック１００の構成とほぼ同じである。ただし、第３実施例の燃料電池スタックでは、第１実施例の燃料電池スタック１００における単セル１の代わりに、単セル１Ｂを備えている。

図３は、第３実施例の燃料電池スタックが備える単セル１Ｂを示す説明図である。図３においても、図１（ｂ）と同様に、単セル１Ｂの平面図を示した。図中に描かれた破線は、エンドプレート４０の外形形状を示しており、単セル１Ｂの外形形状と、エンドプレート４０の外形形状とは、ほぼ同一である。また、図中に一点鎖線で示した領域は、各単セル１Ｂにおいて電極が配置された電極部を示している。

図示するように、本実施例の燃料電池スタックでは、各単セル１Ｂの１つの角部に、三角形の切り欠き部１２Ｂが設けられている。切り欠き部１２Ｂの形状および大きさは、出力端子部２２、および、バスバー５０、ボルト５２の形状および大きさに応じて、これらをエンドプレート４０の外周よりも内側に格納可能なように任意に設定可能である。各単セル１Ｂの形状を上述した形状とすることによって、複数の単セル１Ｂを積層したときに、切り欠き部１２Ｂによって、積層体１０に格納部１２Ｂｈが形成される。なお、図示は省略しているが、集電板２０は、出力端子部２２を格納部１２Ｂｈに格納可能な形状を有している。

以上説明した第３実施例の燃料電池スタックによっても、積層体１０が格納部１２Ｂｈを備えているので、集電板２０に設けられた出力端子部２２、および、バスバー５０、ボルト５２を、格納部１２Ｂｈ内に格納することができる。したがって、スタックケース２００に許容される大きさ以上の外力がスタックケース２００に対して加えられた場合であっても、スタックケース２００において外力が加えられた部位と出力端子部２２との接触を防止し、出力端子部２２とスタックケース２００との短絡を抑制することができる。

１００…燃料電池スタック
１，１Ａ，１Ｂ…単セル
１０…積層体
１２，１２Ａ，１２Ｂ…切り欠き部
１２ｈ，１２Ａｈ，１２Ｂｈ…格納部
２０…集電板
２２…出力端子部
３０…絶縁板
４０…エンドプレート
５０…バスバー
５２…ボルト
２００…スタックケース

Claims (1)

1. ケースに収納された状態で使用される燃料電池スタックであって、
   燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する単セルを複数積層してなる積層体と、
   前記積層体によって発電された電力を出力するための出力端子部を有し、複数の前記単セルの積層方向についての前記積層体の両端部にそれぞれ配置された集電板と、
   前記積層方向から見たときに、前記積層体の外形形状と略同一の外形形状を有し、前記集電板との間に絶縁板を介在させて、前記積層体および前記集電板を挟むように配置された一対のエンドプレートと、を備え、
   前記積層体は、前記積層方向から見たときに、前記集電板が有する前記出力端子部および該出力端子部に接続される部材を、前記エンドプレートの外周よりも内側に格納するための格納部を備える、
   燃料電池スタック。

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