JP2014175169A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池セル2の外側端辺に、積層方向と直交する方向に突出するガイド凸部22とセル電圧測定端子25とを併設する。ガイド凸部22に嵌合される第1の梁部材7には、燃料電池セル2のガイド凸部22に嵌合される係合凹部28と、係合凹部28の開口端よりも第1の梁部材7の幅方向外側位置から係合凹部28の底部と同側に立ち上がる一対の側部壁34と、側部壁34の付根部側から第1の梁部材7の幅方向外側に突出する剛性維持壁35とを設ける。
【選択図】図5
Description
このような不具合を避けるためには、梁部材の断面幅を狭めることも考えられるが、梁部材の断面幅は梁部材に要求される曲げ剛性や捩れ剛性の観点から決められてしまい、簡単に変更することは難しい。
請求項1に係る発明は、電解質膜の両側に一対の電極が配置されて成る膜電極構造体(例えば、実施形態の膜電極構造体10)とセパレータ(例えば、実施形態のセパレータ11A,11B)とが積層されて燃料電池セル(例えば、実施形態の燃料電池セル2)が構成され、当該燃料電池セルが厚み方向に複数積層された燃料電池であって、厚み方向に積層された複数の燃料電池セルの両端部に配置される一対のエンドプレート(例えば、実施形態のエンドプレート3A,3B)と、前記複数の燃料電池セルを前記一対のエンドプレートの間に挟み込んだ状態でエンドプレート同士を結合する梁部材(例えば、実施形態の第1の梁部材7)と、前記セパレータの外周から突出するセル電圧測定端子(例えば、実施形態のセル電圧測定端子25)と、前記梁部材と隣接する位置で前記燃料電池セルのセル電圧測定端子に接続されるコネクタ(例えば、実施形態の個別コネクタ26,集合コネクタ27)と、を備え、前記燃料電池セルの外側端辺には、積層方向と直交する方向に突出するガイド凸部(例えば、実施形態のガイド凸部22)と前記セル電圧測定端子とが併設され、前記梁部材には、前記燃料電池セルのガイド凸部に嵌合される係合凹部(例えば、実施形態の係合凹部28)と、当該係合凹部の開口端(例えば、実施形態の開口端28a)よりも梁部材の幅方向外側位置から当該係合凹部の底部と同側に立ち上がる一対の側部壁(例えば、実施形態の側部壁34)と、当該一対の側部壁のうちの少なくとも一方の側部壁に設けられ、当該側部壁の立ち上がり方向の一端側と他端側のいずか一方の端部から梁部材の幅方向外側に向かって突出する剛性維持壁(例えば、実施形態の剛性維持壁35)と、が設けられていることを特徴とするものである。
これにより、梁部材の少なくとも一方の側部壁からは、立ち上がり方向のいずれかの端部から幅方向外側に向かって剛性維持壁が突出する。梁部材の曲げ剛性や捩れ剛性は、剛性維持壁によって高く維持されるため、その分側部壁を幅方向内側に移動させることが可能になる。また、梁部材の剛性維持壁のある側の側部壁に隣接して配置されるコネクタは、梁部材方向に突出する部分を剛性維持壁とオフセットして配置することができる。このように配置した場合には、梁部材との干渉等を招くことなくコネクタをセル電圧測定端子に安定して取り付けることが可能となる。また、セル電圧測定端子は、燃料電池セルの外側端辺のガイド凸部と併設されているため、セル電圧測定端子にコネクタを接続した状態におけるコネクタの突出高さは充分に低く抑えられる。
これにより、コネクタのケーブル引き出し部から引き出されるケーブルを極端に折り曲げることなく、コネクタを梁部材と隣接する位置に安定的に取り付けることが可能となる。
図1は、この実施形態の燃料電池1の全体構成を示す図である。この実施形態の燃料電池1は、図示しない車両の車室前部のモータルームやフロア下に搭載されて、車両駆動用モータに電力を供給するのに用いられる。なお、この実施形態の燃料電池1は、図中の矢印A方向が車体の幅方向、矢印B方向が車体の前後方向、紙面上側が車体の上方となるようにして車両に搭載される。
この燃料電池1は、後述する燃料電池セル2が厚み方向に複数積層され、その積層された燃料電池セル2の積層方向の両端に剛性の高いエンドプレート3A,3Bが配置されている。各エンドプレート3A,3Bと端部の燃料電池セル2の間には、絶縁プレート4とターミナルプレート5が介装されている。
燃料電池セル2は、膜電極構造体10と、膜電極構造体10を表裏両側から挟み込む一対のセパレータ11A,11Bと、を備えている。膜電極構造体10は、横長の略長方形状の電気的絶縁性を有する保持板12に、固体高分子電解質膜13が取り付けられ、固体高分子電解質膜13の表裏にアノード側拡散電極14とカソード側拡散電極15が付設されている。固体高分子電解質膜13は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水を含浸させた構成とされている。アノード側拡散電極14とカソード側拡散電極15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をガス拡散層の表面に一様に塗布して形成された電極触媒層と、を有する。
なお、膜電極構造体10の保持板12には、セパレータ11A,11Bの入口側ガス通路孔16i,17iと出口側ガス通路孔16o,17oに対応する位置に、同様の入口側ガス通路孔16i,17iと出口側ガス通路孔16o,17oが形成されている。
燃料ガス用のガス導入路18は、入口側ガス通路孔17iを流れる燃料ガスを、膜電極構造体10のアノード側拡散電極14に臨む領域に導入し、アノード側拡散電極14で消費された残余のガスを出口側ガス通路孔17oに排出する。同様に、酸化剤ガス用のガス導入路19は、入口側ガス通路孔16iを流れる酸化剤ガスを、膜電極構造体10のカソード側拡散電極15に臨む領域に導入し、カソード側拡散電極15で消費された残余のガスを出口側ガス通路孔16oに排出する。
なお、膜電極構造体10の保持板12には、セパレータ11A,11Bの上下の入口側冷媒通路孔20iと出口側冷媒通路孔20oに対応する位置に、同様の入口側冷媒通路孔20iと出口側冷媒通路孔20oが形成されている。また、保持板12には、セパレータ11A,11Bの上縁部側の凹部21と下縁部側の凹部21に対応する位置に同様の凹部21が形成されている。
冷媒導入路23は、入口側冷媒通路孔20iを流れる純水やエチレングリコール等の冷却媒体を背中あわせで隣接するセパレータ11A,11Bの間に導入し、セパレータ11A,11Bと熱交換を行った冷却媒体を出口側冷媒通路孔20oに排出する。
したがって、この実施形態の場合、一方のセパレータ11Aと他方のセパレータ11Bのセル電圧測定端子25は、中央のガイド凸部22を間に挟んで千鳥状に配置されている。
図1,図5に示すように、両セパレータ11A,11Bに突設された各セル電圧測定端子25には、上方側から個別コネクタ26の金属製の端子部がそれぞれ嵌合接続され、各個別コネクタ26は、複数個がまとまって集合コネクタ27に接続されている。
また、積層された燃料電池セル2の上部側と下部側の凹部21の内側には、両側のエンドプレート3A,3Bを結合する第1の梁部材7が配置されている。第1の梁部材7は、図4に示すように、エンドプレート3A,3Bにボルト締結される長手方向の両端部は中実構造とされているが、長手方向の中間領域には、各燃料電池セル2のガイド凸部22に嵌合される断面コ字状の係合凹部28が設けられている。第1の梁部材7は、係合凹部28で複数の燃料電池セル2のガイド凸部22に嵌合した状態において、両端のエンドプレート3A,3Bに結合されることにより、燃料電池セル2相互の矢印B方向の位置ずれを規制する。
この実施形態の場合、セル電圧測定端子25には、上方側から個別コネクタ26がそれぞれ嵌合接続され、5つの個別コネクタ26に跨って略長方体状の集合コネクタ27が上方側から嵌合接続されるようになっている。なお、図6においては、個別コネクタ26に形成される集合コネクタ27との接続口の図示は省略されている。また、集合コネクタ27は、図示しないヒューズ搭載基板が内蔵されるとともに、上面側にカバー壁29が取り付けられている。カバー壁29には、集合コネクタ27が燃料電池セル2の上部に搭載されたときに、凹部21の幅方向中央側(ガイド凸部22方向)に向かって突出するケーブル案内壁30が突設されている。ケーブル案内壁30の下面側からは、ヒューズ搭載基板から引き出された接続ケーブル31が引き出されている。この実施形態の場合、ケーブル案内壁30がケーブル引き出し部を構成している。
図7は、セル電圧測定端子25と個別コネクタ26の断面を示す模式的な図である。同図において、h1は、第1の梁部材7の係合凹部28が形成される中央領域の突出高さであり、h2は、第1の梁部材7の側部壁34の突出高さである。また、eは、第1の梁部材7のフランジ部33の厚みであり、fは、第1の梁部材7の剛性維持壁35の高さ方向(矢印C方向)の厚み、gは、設置状態での個別コネクタ26の上面と側部壁34の上面との高さの差である。
図7に示すように、第1の梁部材7の中央領域の突出高さh1と、側部壁34の突出高さh2は略同一に設定され、第1の梁部材7のフランジ部33の厚みeと、剛性維持壁35の厚みfは、略同一に設定されている。また、設置状態における個別コネクタ26の上面の高さは、第1の梁部材7の中央領域や側部壁34の高さに比較して、所定寸法gだけ低く設定されている。
また、第1の梁部材7の横断面形状は、図5に示すように、幅方向(矢印B方向)について左右対称形状であることが好ましい。
第2の梁部材8は、突起部41で複数の燃料電池セル2の係止溝40に嵌合した状態において、両端のエンドプレート3A,3Bに結合されることにより、燃料電池セル2相互の矢印C方向の位置ずれを規制する。
しかも、この実施形態の燃料電池1は、セル電圧測定端子25が各燃料電池セル2の凹部21内でガイド凸部22と並んで設けられているため、個別コネクタ26や集合コネクタ27の突出高さを抑え、電池全体の小型化を図ることができる。
2…燃料電池セル
3A,3B…エンドプレート
7…第1の梁部材(梁部材)
10…膜電極構造体
11…セパレータ
22…ガイド凸部
25…セル電圧測定端子
26…個別コネクタ(コネクタ)
27…集合コネクタ(コネクタ)
28…係合凹部
28a…開口端
30…ケーブル案内壁30(ケーブル引き出し部)
34…側部壁
35…剛性維持壁
Claims (2)
- 電解質膜の両側に一対の電極が配置されて成る膜電極構造体とセパレータとが積層されて燃料電池セルが構成され、当該燃料電池セルが厚み方向に複数積層された燃料電池であって、
厚み方向に積層された複数の燃料電池セルの両端部に配置される一対のエンドプレートと、
前記複数の燃料電池セルを前記一対のエンドプレートの間に挟み込んだ状態でエンドプレート同士を結合する梁部材と、
前記セパレータの外周から突出するセル電圧測定端子と、
前記梁部材と隣接する位置で前記燃料電池セルのセル電圧測定端子に接続されるコネクタと、を備え、
前記燃料電池セルの外側端辺には、積層方向と直交する方向に突出するガイド凸部と前記セル電圧測定端子とが併設され、
前記梁部材には、前記燃料電池セルのガイド凸部に嵌合される係合凹部と、当該係合凹部の開口端よりも梁部材の幅方向外側位置から当該係合凹部の底部と同側に立ち上がる一対の側部壁と、当該一対の側部壁のうちの少なくとも一方の側部壁に設けられ、当該側部壁の立ち上がり方向の一端側と他端側のいずか一方の端部から梁部材の幅方向外側に向かって突出する剛性維持壁と、が設けられていることを特徴とする燃料電池。 - 前記コネクタは、前記梁部材と対向する側部のうちの、前記剛性維持壁の突出する位置とオフセットする位置に、ケーブル引き出し部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
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