JP2013189159A - Fuel cell vehicle - Google Patents

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由介 奈良
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秀忠 小嶋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suitably suppress that a position of a fuel cell is shifted by external load, in a simple and compact structure.SOLUTION: In a fuel cell stack 12 for constituting a fuel cell vehicle 10, first and second end plates 20a and 20b located in both ends in a laminating direction of a fuel cell 14 are coupled mutually by a connection bar 24a etc., and an intermediate plate 28 is disposed between the first and second end plates 20a and 20b. The first and second end plate 20a and 20b are fixed to a frame member 68 by mount members 66a and 66b, and the intermediate plate 28 is fixed to the frame member 68 by the mount member 66c. A connection bar 24a is connected to the first and second end plates 20a and 20b, and the intermediate plate 28 through the bolt 26.

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が車両幅方向に積層される燃料電池スタックを備える燃料電池車両に関する。   The present invention relates to a fuel cell vehicle including a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and including a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked in the vehicle width direction.

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の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、車載用燃料電池スタックとして使用されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell is a power generation cell in which an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode and a cathode electrode are arranged on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. It has. This fuel cell is usually used as an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.

車載用燃料電池スタックでは、相当に多数の発電セルが積層されるため、各発電セル同士を正確且つ確実に位置決め固定しなければならない。このため、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックの締結構造が知られている。   In a vehicle-mounted fuel cell stack, since a large number of power generation cells are stacked, the power generation cells must be accurately and reliably positioned and fixed. For this reason, for example, a fastening structure of a fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known.

この締結構造では、図7に示すように、膜電極アセンブリー及び分離板(セル)が交互に積層されて燃料電池スタック1が形成されるとともに、前記燃料電池スタック1の両終端には、それぞれエンドプレート2a、2bが装着されている。エンドプレート2a、2bには、U字形に形成された第1締結バンド3及び第2締結バンド4が取り付けられている。   In this fastening structure, as shown in FIG. 7, the fuel cell stack 1 is formed by alternately laminating membrane electrode assemblies and separator plates (cells), and both ends of the fuel cell stack 1 are at the ends. Plates 2a and 2b are mounted. A first fastening band 3 and a second fastening band 4 formed in a U shape are attached to the end plates 2a and 2b.

第1締結バンド3は、燃料電池スタック1の平行な二つの側面上に延在する一方、第2締結バンド4は、前記燃料電池スタック1の平行な他の二つの側面上に延在している。その際、第1締結バンド3及び第2締結バンド4の開放部は、それぞれ互いに異なるエンドプレート2a、2bに弾支されており、前記第1締結バンド3及び前記第2締結バンド4は、互いに交差していない。   The first fastening band 3 extends on two parallel side surfaces of the fuel cell stack 1, while the second fastening band 4 extends on the other two parallel side surfaces of the fuel cell stack 1. Yes. At that time, the open portions of the first fastening band 3 and the second fastening band 4 are elastically supported by different end plates 2a and 2b, respectively, and the first fastening band 3 and the second fastening band 4 are mutually connected. Not crossed.

これにより、不必要なベンディング荷重を最少化するので、燃料電池スタック1の気密性を向上させることが可能になるとともに、前記燃料電池スタック1全体の体積をコンパクトにできる、としている。   As a result, unnecessary bending load is minimized, so that the airtightness of the fuel cell stack 1 can be improved, and the entire volume of the fuel cell stack 1 can be made compact.

特開2005−142145号公報JP 2005-142145 A

上記の特許文献1では、例えば、燃料電池スタック1が燃料電池電気自動車(図示せず)に搭載される際、前記燃料電池スタック1の積層方向は、車両前後方向(矢印X方向)に交差する車幅方向(矢印Y方向)に設定される場合がある。ここで、燃料電池スタック1は、両端のエンドプレート2a、2bに第1締結バンド3及び第2締結バンド4を介して締結されているだけであり、支点間距離が相当に長尺化している。   In the above-mentioned Patent Document 1, for example, when the fuel cell stack 1 is mounted on a fuel cell electric vehicle (not shown), the stacking direction of the fuel cell stack 1 intersects the vehicle longitudinal direction (arrow X direction). It may be set in the vehicle width direction (arrow Y direction). Here, the fuel cell stack 1 is merely fastened to the end plates 2a, 2b at both ends via the first fastening band 3 and the second fastening band 4, and the distance between the fulcrums is considerably increased. .

このため、衝突等により車両前方から外部荷重(衝撃)が燃料電池スタック1に付与されると、特に前記燃料電池スタック1の積層方向中央側のセルが車両前方(矢印X1方向)に大きく飛び出してしまう(図7中、二点鎖線参照)。従って、セル同士の位置ずれが大きくなるとともに、第1締結バンド3に過大な負荷が作用するため、前記第1締結バンド3自体を相当に厚肉に構成しなければならない。これにより、第1締結バンド3が大型化して重量物となり、取り扱い作業性が低下するという問題がある。   For this reason, when an external load (impact) is applied to the fuel cell stack 1 from the front of the vehicle due to a collision or the like, the cell on the center side in the stacking direction of the fuel cell stack 1 particularly protrudes greatly to the front of the vehicle (the direction of the arrow X1). (See the two-dot chain line in FIG. 7). Accordingly, the positional displacement between the cells increases, and an excessive load acts on the first fastening band 3, so that the first fastening band 3 itself must be configured to be considerably thick. Thereby, the 1st fastening band 3 enlarges and becomes a heavy article, and there exists a problem that handling workability | operativity falls.

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、外部荷重の付与により燃料電池に位置ずれが発生することを良好に抑制することが可能な燃料電池車両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 vehicle capable of satisfactorily suppressing the occurrence of displacement in the fuel cell due to the application of an external load with a simple and compact configuration. The purpose is to do.

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が車両幅方向に積層される燃料電池スタックを備え、前記燃料電池スタックは、前記燃料電池の積層方向両端にエンドプレートが配設され、前記エンドプレート間には、中間プレートが配置されるとともに、前記エンドプレート同士は、複数本の締結部材により連結される燃料電池車両に関するものである。   The present invention includes a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and includes a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked in a vehicle width direction. End plates are disposed at both ends of the fuel cell in the stacking direction, an intermediate plate is disposed between the end plates, and the end plates relate to a fuel cell vehicle connected by a plurality of fastening members. is there.

この燃料電池車両では、一対のエンドプレートをフレーム部材に固定するための第1固定機構と、中間プレートを前記フレーム部材又は他のフレーム部材に固定するための第2固定機構とを備えるとともに、少なくとも車両前方に配置される締結部材は、一対の前記エンドプレート及び前記中間プレートに締結されている。   The fuel cell vehicle includes a first fixing mechanism for fixing the pair of end plates to the frame member, and a second fixing mechanism for fixing the intermediate plate to the frame member or another frame member, and at least A fastening member disposed in front of the vehicle is fastened to the pair of end plates and the intermediate plate.

また、この燃料電池車両では、車両前方に配置される締結部材は、第1締結部と第2締結部とに分割されるとともに、前記第1締結部は、一方のエンドプレートと中間プレートとに両端が締結され、且つ、前記第2締結部は、他方のエンドプレートと前記中間プレートとに両端が締結されることが好ましい。   In this fuel cell vehicle, the fastening member disposed in front of the vehicle is divided into a first fastening portion and a second fastening portion, and the first fastening portion is divided into one end plate and an intermediate plate. It is preferable that both ends are fastened, and the second fastening portion is fastened at both ends to the other end plate and the intermediate plate.

本発明によれば、一対のエンドプレートは、第1固定機構を介してフレーム部材に固定される一方、中間プレートは、第2固定機構を介して前記フレーム部材又は他のフレーム部材に固定されている。このため、一対のエンドプレート及び中間プレートは、車両に対して強固且つ確実に保持されている。   According to the present invention, the pair of end plates are fixed to the frame member via the first fixing mechanism, while the intermediate plate is fixed to the frame member or the other frame member via the second fixing mechanism. Yes. For this reason, a pair of end plate and intermediate | middle plate are hold | maintained firmly and reliably with respect to the vehicle.

さらに、車両前方に配置される締結部材は、一対のエンドプレート及び中間プレートに締結されている。従って、燃料電池スタック内は、中間プレートにより独立した領域に分割されるため、支点間距離が大幅に短尺化される。これにより、燃料電池車両に車両前方から外部荷重が付与された際、積層されている燃料電池の飛び出し量が大幅に削減されるとともに、締結部材自体の小型化及び軽量化が容易に図られる。   Further, the fastening member disposed in front of the vehicle is fastened to the pair of end plates and the intermediate plate. Accordingly, since the fuel cell stack is divided into independent regions by the intermediate plate, the distance between the fulcrums is greatly shortened. As a result, when an external load is applied to the fuel cell vehicle from the front of the vehicle, the pop-out amount of the stacked fuel cells is greatly reduced, and the fastening member itself can be easily reduced in size and weight.

このため、簡単且つコンパクトな構成で、外部荷重の付与により燃料電池に位置ずれが発生することを良好に抑制することが可能になる。   For this reason, it is possible to satisfactorily suppress the occurrence of displacement in the fuel cell due to the application of an external load with a simple and compact configuration.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池自動車の平面説明図である。1 is an explanatory plan view of a fuel cell vehicle according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池車両を構成する燃料電池スタックの概略斜視説明図である。FIG. 2 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack constituting the fuel cell vehicle. 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの側面説明図である。It is side surface explanatory drawing of the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの動作説明図である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram of the fuel cell stack. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池車両を構成する燃料電池スタックの側面説明図である。It is side surface explanatory drawing of the fuel cell stack which comprises the fuel cell vehicle which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 特許文献1に開示されている燃料電池スタックの締結構造の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of the fastening structure of the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1.

図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池自動車(燃料電池車両)10は、フロントボックス(所謂、モータルーム)(車体内部)11に収容される燃料電池スタック12を備える。   As shown in FIG. 1, a fuel cell vehicle (fuel cell vehicle) 10 according to a first embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 12 housed in a front box (so-called motor room) (inside a vehicle body) 11. Prepare.

燃料電池スタック12は、複数の燃料電池14が、立位姿勢で燃料電池自動車10の走行方向(矢印A方向)に交差する車両幅方向(矢印B方向)に積層される。複数の燃料電池14の積層方向両端には、ターミナルプレート16a、16bと絶縁プレート18a、18bとを介装して第1エンドプレート20a及び第2エンドプレート20bが配設される。   In the fuel cell stack 12, a plurality of fuel cells 14 are stacked in the vehicle width direction (arrow B direction) intersecting the traveling direction (arrow A direction) of the fuel cell vehicle 10 in a standing posture. A first end plate 20a and a second end plate 20b are disposed at both ends in the stacking direction of the plurality of fuel cells 14 via terminal plates 16a and 16b and insulating plates 18a and 18b.

第1エンドプレート20aの中央部からは、ターミナルプレート16aに接続された出力端子22aが延在する一方、第2エンドプレート20bの中央部からは、ターミナルプレート16bに接続された出力端子22bが延在する(図1及び図2参照)。   An output terminal 22a connected to the terminal plate 16a extends from the center of the first end plate 20a, while an output terminal 22b connected to the terminal plate 16b extends from the center of the second end plate 20b. Exists (see FIGS. 1 and 2).

第1エンドプレート20a及び第2エンドプレート20bは、横長の長方形状を有するとともに、燃料電池14よりも大きな外形形状を有する。第1エンドプレート20a及び第2エンドプレート20bの各辺間には、連結バー(締結部材)24a、24b、24c及び24dが配置される。   The first end plate 20 a and the second end plate 20 b have a horizontally long rectangular shape and a larger outer shape than the fuel cell 14. Connection bars (fastening members) 24a, 24b, 24c, and 24d are disposed between the sides of the first end plate 20a and the second end plate 20b.

連結バー24a、24b、24c及び24dは、両端が第1エンドプレート20a及び第2エンドプレート20bにボルト26を介して固定されており、複数の積層された燃料電池14に積層方向(矢印B方向)の締め付け荷重を付与する。連結バー24aは、燃料電池自動車10の走行方向前方(矢印Af方向)に配置される一方、連結バー24cは、前記燃料電池自動車10の走行方向後方(矢印Ab方向)に配置される。   Both ends of the connecting bars 24a, 24b, 24c and 24d are fixed to the first end plate 20a and the second end plate 20b via bolts 26, and are connected to the stacked fuel cells 14 in the stacking direction (arrow B direction). ) Is applied. The connection bar 24a is disposed in front of the fuel cell vehicle 10 in the travel direction (arrow Af direction), while the connection bar 24c is disposed in the rear of the fuel cell vehicle 10 in the travel direction (arrow Ab direction).

燃料電池スタック12は、燃料電池14の積層方向の任意の位置に、例えば、積層方向中央に、中間プレート28が介装される。中間プレート28は、第1エンドプレート20a及び第2エンドプレート20bと同一の外形寸法に設定されるとともに、同一の材料で構成することができる。   In the fuel cell stack 12, an intermediate plate 28 is interposed at an arbitrary position in the stacking direction of the fuel cells 14, for example, at the center in the stacking direction. The intermediate plate 28 is set to the same outer dimensions as the first end plate 20a and the second end plate 20b, and can be made of the same material.

図3に示すように、燃料電池14は、横長の長方形状を有するとともに、電解質膜・電極構造体30が、第1セパレータ32及び第2セパレータ34に挟持される。第1セパレータ32及び第2セパレータ34は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属セパレータやカーボンセパレータにより構成される。   As shown in FIG. 3, the fuel cell 14 has a horizontally long rectangular shape, and the electrolyte membrane / electrode structure 30 is sandwiched between the first separator 32 and the second separator 34. The 1st separator 32 and the 2nd separator 34 are comprised by metal separators and carbon separators, such as a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, or a plating treatment steel plate, for example.

燃料電池14の矢印A方向(図3中、水平方向)の一端縁部には、積層方向である矢印B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入口連通孔36a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔38bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。   One end edge of the fuel cell 14 in the direction of arrow A (horizontal direction in FIG. 3) communicates with each other in the direction of arrow B, which is the stacking direction, and oxidant for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. An agent gas inlet communication hole 36a and a fuel gas outlet communication hole 38b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are arranged in an arrow C direction (vertical direction).

燃料電池14の矢印A方向の他端縁部には、矢印B方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔38a、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔36bが、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the fuel cell 14 in the direction of arrow A communicates with each other in the direction of arrow B, a fuel gas inlet communication hole 38a for supplying fuel gas, and an oxidant gas for discharging oxidant gas. The outlet communication holes 36b are arranged in the direction of arrow C.

燃料電池14の矢印C方向の上端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔40aが設けられるとともに、前記燃料電池14の矢印C方向の下端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔40bが設けられる。   A cooling medium inlet communication hole 40a for supplying a cooling medium is provided at the upper edge of the fuel cell 14 in the direction of arrow C, and the cooling medium is provided at the lower edge of the fuel cell 14 in the direction of arrow C. Is provided with a cooling medium outlet communication hole 40b.

中間プレート28には、図示しないが、酸化剤ガス入口連通孔36a、酸化剤ガス出口連通孔36b、燃料ガス入口連通孔38a、燃料ガス出口連通孔38b、冷却媒体入口連通孔40a及び冷却媒体出口連通孔40bに対応する位置に、それぞれの流体(酸化剤ガス、燃料ガス、冷却媒体)を流通させる連通孔が設けられている。   Although not shown, the intermediate plate 28 has an oxidant gas inlet communication hole 36a, an oxidant gas outlet communication hole 36b, a fuel gas inlet communication hole 38a, a fuel gas outlet communication hole 38b, a cooling medium inlet communication hole 40a, and a cooling medium outlet. A communication hole through which each fluid (oxidant gas, fuel gas, cooling medium) flows is provided at a position corresponding to the communication hole 40b.

第1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、酸化剤ガス入口連通孔36aと酸化剤ガス出口連通孔36bとに連通する酸化剤ガス流路42が設けられる。   An oxidant gas flow path 42 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 36a and the oxidant gas outlet communication hole 36b is provided on the surface 32a of the first separator 32 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30.

第2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、燃料ガス入口連通孔38aと燃料ガス出口連通孔38bとに連通する燃料ガス流路44が設けられる。   A fuel gas passage 44 communicating with the fuel gas inlet communication hole 38a and the fuel gas outlet communication hole 38b is provided on the surface 34a of the second separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30.

互いに隣接する燃料電池14を構成する第1セパレータ32の面32bと、第2セパレータ34の面34bとの間には、冷却媒体入口連通孔40aと冷却媒体出口連通孔40bとを連通する冷却媒体流路46が設けられる。   A cooling medium that connects the cooling medium inlet communication hole 40a and the cooling medium outlet communication hole 40b between the surface 32b of the first separator 32 and the surface 34b of the second separator 34 that constitute the fuel cells 14 adjacent to each other. A flow path 46 is provided.

第1セパレータ32及び第2セパレータ34には、それぞれシール部材48、50が、一体的又は個別に設けられる。シール部材48、50は、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。   The first separator 32 and the second separator 34 are respectively provided with seal members 48 and 50 integrally or individually. The seal members 48 and 50 use, for example, a seal material such as EPDM, NBR, fluoro rubber, silicon rubber, fluorosilicon rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroplane, or acrylic rubber, a cushion material, or a packing material. To do.

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52と、前記固体高分子電解質膜52を挟持するカソード電極54及びアノード電極56とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 30 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 52 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode electrode 54 and an anode electrode 56 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 52. Prepare.

カソード電極54及びアノード電極56は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、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とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜52の両面に形成されている。   The cathode electrode 54 and the anode electrode 56 are an electrode catalyst formed by uniformly applying a gas diffusion layer made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof to the surface of the gas diffusion layer. And having a layer. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 52.

図2に示すように、第1エンドプレート20aには、酸化剤ガス入口連通孔36a、酸化剤ガス出口連通孔36b、燃料ガス入口連通孔38a及び燃料ガス出口連通孔38bに連通する酸化剤ガス供給マニホールド60a、酸化剤ガス排出マニホールド60b、燃料ガス供給マニホールド62a及び燃料ガス排出マニホールド62bが取り付けられる。   As shown in FIG. 2, the oxidant gas communicating with the oxidant gas inlet communication hole 36a, the oxidant gas outlet communication hole 36b, the fuel gas inlet communication hole 38a, and the fuel gas outlet communication hole 38b is connected to the first end plate 20a. A supply manifold 60a, an oxidant gas discharge manifold 60b, a fuel gas supply manifold 62a, and a fuel gas discharge manifold 62b are attached.

図4に示すように、第2エンドプレート20bには、冷却媒体入口連通孔40a及び冷却媒体出口連通孔40bに連通する冷却媒体供給マニホールド64a及び冷却媒体排出マニホールド64bが取り付けられる。   As shown in FIG. 4, a cooling medium supply manifold 64a and a cooling medium discharge manifold 64b communicating with the cooling medium inlet communication hole 40a and the cooling medium outlet communication hole 40b are attached to the second end plate 20b.

なお、上記の構成に代えて、第1エンドプレート20aには、全てのマニホールド(酸化剤ガス供給マニホールド60a、酸化剤ガス排出マニホールド60b、燃料ガス供給マニホールド62a、燃料ガス排出マニホールド62b、冷却媒体供給マニホールド64a及び冷却媒体排出マニホールド64b)を設けてもよい。また、第1エンドプレート20aに代えて、第2エンドプレート20bに、全てのマニホールドを設けてもよい。   Instead of the above configuration, the first end plate 20a includes all manifolds (oxidant gas supply manifold 60a, oxidant gas discharge manifold 60b, fuel gas supply manifold 62a, fuel gas discharge manifold 62b, cooling medium supply). A manifold 64a and a cooling medium discharge manifold 64b) may be provided. Further, instead of the first end plate 20a, all the manifolds may be provided on the second end plate 20b.

図2及び図4に示すように、第1エンドプレート20aには、一対のマウント部材(第1固定機構)66aの一端が固定されるとともに、前記一対のマウント部材66aの他端は、フレーム部材68に固定される。第2エンドプレート20bには、一対のマウント部材(第1固定機構)66bの一端が固定されるとともに、前記一対のマウント部材66bの他端は、フレーム部材68に固定される。   As shown in FIGS. 2 and 4, one end of a pair of mount members (first fixing mechanism) 66a is fixed to the first end plate 20a, and the other end of the pair of mount members 66a is a frame member. 68 is fixed. One end of a pair of mount members (first fixing mechanism) 66b is fixed to the second end plate 20b, and the other end of the pair of mount members 66b is fixed to a frame member 68.

中間プレート28には、矢印A方向両端に、それぞれマウント部材(第2固定機構)66cの一端が固定されるとともに、前記一対のマウント部材66cの他端は、フレーム部材68に固定される。   One end of a mount member (second fixing mechanism) 66 c is fixed to each end of the intermediate plate 28 in the direction of arrow A, and the other end of the pair of mount members 66 c is fixed to the frame member 68.

フレーム部材68は、燃料電池搭載用のフレーム部材であり、燃料電池自動車10を構成する車体フレーム(図示せず)に取り付けられる。なお、フレーム部材68は、直接、車体フレームの一部を構成してもよい。また、マウント部材66cは、他のマウント部材66a、66bとは異なるフレーム部材に固定されてもよい。   The frame member 68 is a frame member for mounting a fuel cell, and is attached to a vehicle body frame (not shown) constituting the fuel cell automobile 10. The frame member 68 may directly constitute a part of the vehicle body frame. Further, the mount member 66c may be fixed to a frame member different from the other mount members 66a and 66b.

図4に示すように、少なくとも車両前方に配置される連結バー24aは、中間プレート28の車両走行方向前方の端面に、ボルト26を介して固定(締結)される。なお、他の連結バー24b、24c及び24dは、必要に応じて中間プレート28の端面にボルト26を介して固定してもよい。   As shown in FIG. 4, at least the connecting bar 24 a disposed in front of the vehicle is fixed (fastened) to the end face of the intermediate plate 28 in the vehicle traveling direction through bolts 26. The other connecting bars 24b, 24c, and 24d may be fixed to the end surface of the intermediate plate 28 via bolts 26 as necessary.

このように構成される燃料電池自動車10において、燃料電池スタック12の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell stack 12 in the fuel cell vehicle 10 configured as described above will be described below.

先ず、図2及び図3に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド60aから酸化剤ガス入口連通孔36aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給マニホールド62aから燃料ガス入口連通孔38aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、図3及び図4に示すように、冷却媒体供給マニホールド64aから冷却媒体入口連通孔40aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIGS. 2 and 3, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied from the oxidant gas supply manifold 60a to the oxidant gas inlet communication hole 36a, and the fuel gas inlet from the fuel gas supply manifold 62a. A fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the communication hole 38a. Further, as shown in FIGS. 3 and 4, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied from the cooling medium supply manifold 64a to the cooling medium inlet communication hole 40a.

このため、図3に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔36aから第1セパレータ32の酸化剤ガス流路42に導入される。酸化剤ガスは、矢印A方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体30を構成するカソード電極54に供給される。   Therefore, as shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 42 of the first separator 32 from the oxidant gas inlet communication hole 36a. The oxidant gas is supplied to the cathode electrode 54 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 30 while moving in the arrow A direction.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔38aから第2セパレータ34の燃料ガス流路44に導入される。この燃料ガスは、矢印A方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体30を構成するアノード電極56に供給される。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 44 of the second separator 34 from the fuel gas inlet communication hole 38a. The fuel gas is supplied to the anode electrode 56 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 30 while moving in the arrow A direction.

従って、電解質膜・電極構造体30では、カソード電極54に供給される酸化剤ガスと、アノード電極56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。これにより、図示しない走行用モータに電力が供給されるため、燃料電池自動車10は、走行可能になる。   Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 30, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 54 and the fuel gas supplied to the anode electrode 56 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is called. Thereby, since electric power is supplied to the driving motor (not shown), the fuel cell vehicle 10 can run.

次いで、カソード電極54に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔36bに沿って矢印B方向に流通し、酸化剤ガス排出マニホールド60bから排出される(図2参照)。一方、アノード電極56に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔38bに沿って矢印B方向に流通し、燃料ガス排出マニホールド62bから排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode electrode 54 flows in the direction of arrow B along the oxidant gas outlet communication hole 36b, and is discharged from the oxidant gas discharge manifold 60b (see FIG. 2). On the other hand, the consumed fuel gas supplied to the anode electrode 56 flows in the direction of arrow B along the fuel gas outlet communication hole 38b and is discharged from the fuel gas discharge manifold 62b.

また、冷却媒体入口連通孔40aに供給された冷却媒体は、第1セパレータ32及び第2セパレータ34間の冷却媒体流路46に導入された後、矢印C方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体30を冷却した後、冷却媒体出口連通孔40bを流通し、冷却媒体排出マニホールド64bから排出される(図4参照)。   The cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 40a is introduced into the cooling medium flow path 46 between the first separator 32 and the second separator 34, and then flows in the direction of arrow C. The cooling medium cools the electrolyte membrane / electrode structure 30, then flows through the cooling medium outlet communication hole 40b, and is discharged from the cooling medium discharge manifold 64b (see FIG. 4).

燃料電池自動車10では、上記のように、燃料電池スタック12から電力が供給されて走行される。その際、図5に示すように、燃料電池自動車10に前方から衝撃である外部荷重Fが加わる場合がある。   As described above, the fuel cell vehicle 10 travels with power supplied from the fuel cell stack 12. At that time, as shown in FIG. 5, an external load F that is an impact may be applied to the fuel cell vehicle 10 from the front.

その際、第1の実施形態では、第1エンドプレート20aは、マウント部材66aを介してフレーム部材68に固定されるとともに、第2エンドプレート20bは、マウント部材66bを介して前記フレーム部材68に固定されている。一方、燃料電池スタック12の積層方向中央に配置されている中間プレート28は、マウント部材66cを介してフレーム部材68(又は、他のフレーム部材)に固定されている。   At that time, in the first embodiment, the first end plate 20a is fixed to the frame member 68 via the mount member 66a, and the second end plate 20b is fixed to the frame member 68 via the mount member 66b. It is fixed. On the other hand, the intermediate plate 28 arranged at the center in the stacking direction of the fuel cell stack 12 is fixed to the frame member 68 (or another frame member) via the mount member 66c.

このため、第1エンドプレート20a、第2エンドプレート20b及び中間プレート28は、フレーム部材68を介して燃料電池自動車10に対し強固且つ確実に保持されている。   Therefore, the first end plate 20 a, the second end plate 20 b, and the intermediate plate 28 are firmly and securely held with respect to the fuel cell vehicle 10 via the frame member 68.

さらに、燃料電池自動車10の前方(走行方向前方)に配置されている連結バー24aは、第1エンドプレート20a、第2エンドプレート20b及び中間プレート28に、それぞれボルト26を介して締結されている。従って、燃料電池スタック12内は、中間プレート28により2つの独立した領域に分割されている。   Further, the connecting bar 24a disposed in front of the fuel cell vehicle 10 (front in the traveling direction) is fastened to the first end plate 20a, the second end plate 20b, and the intermediate plate 28 via bolts 26, respectively. . Therefore, the fuel cell stack 12 is divided into two independent regions by the intermediate plate 28.

このため、支点間距離(第1エンドプレート20aと中間プレート28との距離、及び前記中間プレート28と第2エンドプレート20bとの距離)は、中間プレート28を使用しない場合の支点間距離(第1エンドプレート20aと第2エンドプレート20bとの距離)に比べて大幅に短尺化、具体的には、半減されている。   For this reason, the distance between the fulcrums (the distance between the first end plate 20a and the intermediate plate 28 and the distance between the intermediate plate 28 and the second end plate 20b) is the distance between the fulcrums when the intermediate plate 28 is not used (the first distance). Compared to the distance between the first end plate 20a and the second end plate 20b), the length is significantly shortened, specifically, halved.

これにより、燃料電池自動車10から燃料電池スタック12に外部荷重Fが付与されると、前記燃料電池スタック12を構成する燃料電池14は、中間プレート28を境にして積層方向の半数ずつが、慣性力により走行方向前方(矢印Af方向)に移動しようとする。このため、積層されている燃料電池14の飛び出し量が大幅に削減され、連結バー24aは、それぞれの分割領域で支持する荷重が良好に削減される。   Thus, when an external load F is applied from the fuel cell vehicle 10 to the fuel cell stack 12, the fuel cells 14 constituting the fuel cell stack 12 are inertial in half in the stacking direction with the intermediate plate 28 as a boundary. It tries to move forward (arrow Af direction) in the traveling direction by force. For this reason, the pop-out amount of the stacked fuel cells 14 is greatly reduced, and the load supported by the connection bars 24a in the respective divided regions is favorably reduced.

従って、連結バー24aの小型化及び軽量化が容易に図られる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、外部荷重Fの付与により燃料電池14に位置ずれが発生することを良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, the connection bar 24a can be easily reduced in size and weight. Thereby, it is possible to obtain an effect that it is possible to satisfactorily suppress the occurrence of displacement in the fuel cell 14 due to the application of the external load F with a simple and compact configuration.

図6は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池自動車(燃料電池車両)80を構成する燃料電池スタック82の側面説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池自動車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. 6 is an explanatory side view of the fuel cell stack 82 constituting the fuel cell vehicle (fuel cell vehicle) 80 according to the second embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the fuel cell vehicle 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82は、燃料電池自動車80の走行方向前方に配置される連結バー(連結部材)84a、84bを備える。連結バー84a、84bは、第1の実施形態の連結バー24aを2分割した構成を有し、それぞれの一端は、ボルト26により第1エンドプレート20aと第2エンドプレート20bとに固定される。   The fuel cell stack 82 includes connecting bars (connecting members) 84 a and 84 b that are arranged in front of the fuel cell automobile 80 in the traveling direction. The connection bars 84a and 84b have a configuration in which the connection bar 24a of the first embodiment is divided into two, and one end of each is fixed to the first end plate 20a and the second end plate 20b by a bolt 26.

連結バー84a、84bのそれぞれの他端は、例えば、互いに入れ子状に係合する突出部86a、86bを構成する。突出部86a、86bは、それぞれ互いの切り欠き位置に配置されることにより、全体として単一の連結バーを構成している。突出部86a、86bは、ボルト26により中間プレート28に固定される。   The other ends of the connecting bars 84a and 84b constitute, for example, protrusions 86a and 86b that are engaged with each other in a nested manner. The protrusions 86a and 86b are arranged at the respective cutout positions, thereby constituting a single connecting bar as a whole. The protrusions 86 a and 86 b are fixed to the intermediate plate 28 by bolts 26.

このように構成される第2の実施形態では、連結部材が連結バー84aと84bとに2分割されるため、前記連結バー84a、84bにより支持する荷重が削減され、小型化及び軽量化が容易に図られる。従って、連結バー84a、84bの取り扱い作業性が一層向上するという利点がある。   In the second embodiment configured as described above, since the connecting member is divided into two connecting bars 84a and 84b, the load supported by the connecting bars 84a and 84b is reduced, and it is easy to reduce the size and weight. Is envisioned. Therefore, there is an advantage that the handling workability of the connecting bars 84a and 84b is further improved.

10、80…燃料電池自動車 12、82…燃料電池スタック
14…燃料電池 20a、20b…エンドプレート
24a〜24d、84a、84b…連結バー
26…ボルト 28…中間プレート
30…電解質膜・電極構造体 32、34…セパレータ
36a…酸化剤ガス入口連通孔 36b…酸化剤ガス出口連通孔
38a…燃料ガス入口連通孔 38b…燃料ガス出口連通孔
40a…冷却媒体入口連通孔 40b…冷却媒体出口連通孔
42…酸化剤ガス流路 44…燃料ガス流路
46…冷却媒体流路 48、50…シール部材
52…固体高分子電解質膜 54…カソード電極
56…アノード電極 66a〜66c…マウント部材
68…フレーム部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 80 ... Fuel cell vehicle 12, 82 ... Fuel cell stack 14 ... Fuel cell 20a, 20b ... End plates 24a-24d, 84a, 84b ... Connection bar 26 ... Bolt 28 ... Intermediate plate 30 ... Electrolyte membrane and electrode structure 32 34 ... Separator 36a ... Oxidant gas inlet communication hole 36b ... Oxidant gas outlet communication hole 38a ... Fuel gas inlet communication hole 38b ... Fuel gas outlet communication hole 40a ... Cooling medium inlet communication hole 40b ... Cooling medium outlet communication hole 42 ... Oxidant gas flow path 44 ... Fuel gas flow path 46 ... Cooling medium flow path 48, 50 ... Seal member 52 ... Solid polymer electrolyte membrane 54 ... Cathode electrode 56 ... Anode electrodes 66a-66c ... Mount member 68 ... Frame member

Claims (2)

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が車両幅方向に積層される燃料電池スタックを備え、前記燃料電池スタックは、前記燃料電池の積層方向両端にエンドプレートが配設され、前記エンドプレート間には、中間プレートが配置されるとともに、前記エンドプレート同士は、複数本の締結部材により連結される燃料電池車両であって、
一対の前記エンドプレートをフレーム部材に固定するための第1固定機構と、
前記中間プレートを前記フレーム部材又は他のフレーム部材に固定するための第2固定機構と、
を備えるとともに、
少なくとも車両前方に配置される前記締結部材は、一対の前記エンドプレート及び前記中間プレートに締結されることを特徴とする燃料電池車両。
A fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas is provided, and includes a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked in a vehicle width direction, and the fuel cell stack is a stack of the fuel cells. End plates are disposed at both ends in the direction, an intermediate plate is disposed between the end plates, and the end plates are fuel cell vehicles connected by a plurality of fastening members,
A first fixing mechanism for fixing the pair of end plates to the frame member;
A second fixing mechanism for fixing the intermediate plate to the frame member or another frame member;
With
The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the fastening member disposed at least in front of the vehicle is fastened to the pair of end plates and the intermediate plate.
請求項1記載の燃料電池車両において、前記車両前方に配置される前記締結部材は、第1締結部と第2締結部とに分割されるとともに、
前記第1締結部は、一方の前記エンドプレートと前記中間プレートとに両端が締結され、且つ、前記第2締結部は、他方の前記エンドプレートと前記中間プレートとに両端が締結されることを特徴とする燃料電池車両。
2. The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the fastening member disposed in front of the vehicle is divided into a first fastening portion and a second fastening portion.
Both ends of the first fastening portion are fastened to one end plate and the intermediate plate, and both ends of the second fastening portion are fastened to the other end plate and the intermediate plate. A fuel cell vehicle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9627707B1 (en) 2015-10-19 2017-04-18 Hyundai Motor Company Device for preventing deformation of fuel cell stack

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