JP2014216268A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】軽量且つ経済的な構成で、外部荷重を確実に受けることができ、燃料電池を良好に保護することを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、積層された燃料電池１４をケーシング１６に収容する。ケーシング１６を構成する上方サイドパネル７０は、互いに接合される外側プレート７４と内側プレート７６とを備える。外側プレート７４及び内側プレート７６間には、積層方向に沿って延在する両端部に対応し、これらよりも肉厚な平板部材７８ａ、７８ｂが介装される。
【選択図】図３

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備え、複数の前記燃料電池が水平方向に積層され、積層方向の両端にエンドプレートが配設されるとともに、一対の前記エンドプレート間には、サイドパネルが固定される燃料電池スタックに関する。

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一方側にアノード電極が、前記電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・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、例えば、車載用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では、特に車載用として使用される際、揺れや振動の他、外部荷重が付与され易い。従って、燃料電池スタック全体の剛性を確保するため、前記燃料電池スタックをボックス内に収容する構成が採用されている。この種の構成として、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。

この締結構造は、図８に示すように、セパレータ１の上、下両端面にエンドプレート２ａ、２ｂが密着固定されるとともに、前記セパレータ１の上、下両端面を除く４周面が１対のコ字型エンクロージャーパネル３ａ、３ｂで脱着式に覆われている。そして、脱着式の締結構造は、エンドプレート２ａ、２ｂの側面部の周面に沿って凹に形成された凹部と、エンクロージャーパネル３ａ、３ｂの上、下側の縁部に形成された突部が嵌合している。

特開２００８−１１２７０８号公報

しかしながら、上記の締結構造では、１対のコ字型エンクロージャーパネル３ａ、３ｂが用いられており、ケーシング全体の剛性が十分に得られないという問題がある。特に、車載用として使用される際に、外部荷重に耐えることができないおそれがある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、軽量且つ経済的な構成で、外部荷重を確実に受けることができ、燃料電池を良好に保護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。

本発明に係る燃料電池スタックは、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備えている。複数の燃料電池が水平方向に積層され、積層方向の両端にエンドプレートが配設されるとともに、一対の前記エンドプレート間には、サイドパネルが固定されている。

この燃料電池スタックでは、サイドパネルは、互いに接合される一対のプレス板と、前記一対のプレス板間に、積層方向に沿って延在するプレス板両端部に対応して介装されるとともに、前記プレス板よりも肉厚な平板部材と、を備えている。

また、この燃料電池スタックでは、サイドパネルは、矩形状のエンドプレートの各辺に配置される４枚のサイドパネルを備え、前記４枚のサイドパネルにより構成される内周面は、前記燃料電池スタックの外周形状に沿って湾曲形状又は屈曲形状を有することが好ましい。

さらに、この燃料電池スタックでは、矩形状のプレス板の表面には、対角位置を結んでリブ部が設けられるとともに、前記リブ部の表面位置は、前記プレス板の他の表面位置とは厚さ方向に異なることが好ましい。

さらにまた、この燃料電池スタックでは、燃料電池は、燃料電池搭載車両の車幅方向に沿って積層されるとともに、前記燃料電池の上面及び下面は、一対のプレス板が接合されたサイドパネルにより覆われることが好ましい。

本発明によれば、一対のプレス板間には、積層方向に沿って延在するプレス板両端部に対応して前記プレス板よりも肉厚な平板部材が介装されており、前記平板部材は、補強用リブとしての機能を有している。このため、一対のプレス板を有効に薄肉化することができる。従って、ケーシング全体として軽量且つ経済的な構成を採用することが可能になる。これにより、外部荷重を確実に受けることができ、燃料電池を良好に保護することが可能になる。

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックが搭載された燃料電池電気自動車の概略平面説明図である。 前記燃料電池スタック及びマウント構造の概略斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの一部分解斜視説明図である。 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。 前記燃料電池スタックを構成するケーシングの、図２中、Ｖ−Ｖ線断面説明図である。 前記ケーシングを構成する上方サイドパネルの分解斜視説明図である。 前記ケーシングを構成する下方サイドパネルの分解斜視説明図である。 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図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、例えば、燃料電池電気自動車（燃料電池車両）１２のフロントボックス（所謂、モータルーム）１２ｆに収容される。燃料電池スタック１０は、燃料電池１４と、積層された複数の前記燃料電池１４を収容するケーシング１６とを備える（図１〜図３参照）。図２に示すように、ケーシング１６は、マウント構造１８を介して燃料電池電気自動車１２に搭載される。なお、燃料電池スタック１０の収容場所は、フロントボックス１２ｆに限定されるものではなく、例えば、車両中央部床下や後部トランク近傍であってもよい。

燃料電池１４は、図３に示すように、立位姿勢で燃料電池電気自動車１２の車長方向（車両進行方向）（矢印Ａ方向）に交差する車幅方向（矢印Ｂ方向）に積層される。燃料電池１４の積層方向一端には、第１ターミナルプレート２０ａ、第１絶縁プレート２２ａ及び第１エンドプレート２４ａが、外方に向かって順次配設される。燃料電池１４の積層方向他端には、第２ターミナルプレート２０ｂ、第２絶縁プレート２２ｂ及び第２エンドプレート２４ｂが、外方に向かって順次配設される。

横長形状（長方形状）の第１エンドプレート２４ａの略中央部（中央部から偏心していてもよい）からは、第１ターミナルプレート２０ａに接続された第１電力出力端子２６ａが外方に向かって延在する。横長形状（長方形状）の第２エンドプレート２４ｂの略中央部からは、第２ターミナルプレート２０ｂに接続された第２電力出力端子２６ｂが外方に向かって延在する。

第１エンドプレート２４ａと第２エンドプレート２４ｂの各辺間には、それぞれ各辺の中央位置に対応して一定の長さを有する連結バー２８が配置される。連結バー２８の両端は、ねじ３０により固定され、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。

図４に示すように、燃料電池１４は、電解質膜・電極構造体３２と、前記電解質膜・電極構造体３２を挟持するカソード側セパレータ３４及びアノード側セパレータ３６とを備える。

カソード側セパレータ３４及びアノード側セパレータ３６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。カソード側セパレータ３４及びアノード側セパレータ３６は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、カソード側セパレータ３４及びアノード側セパレータ３６は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

カソード側セパレータ３４及びアノード側セパレータ３６は、横長形状を有するとともに、長辺が水平方向（矢印Ａ方向）に延在し且つ短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に延在する。なお、短辺が水平方向に延在し且つ長辺が重力方向に延在するように配置してもよい。

燃料電池１４の長辺方向（矢印Ａ方向）の一端縁部には、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供給連通孔３８ａと、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４０ａとが設けられる。

燃料電池１４の長辺方向の他端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとが設けられる。

燃料電池１４の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方側には、すなわち、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス供給連通孔４０ａ側には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための２つの冷却媒体供給連通孔４２ａが、対向する辺に設けられる。燃料電池１４の短辺方向の両端縁部他方側には、すなわち、燃料ガス排出連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ側には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体排出連通孔４２ｂが、対向する辺に設けられる。

電解質膜・電極構造体３２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４４と、前記固体高分子電解質膜４４を挟持するカソード電極４６及びアノード電極４８とを備える。

カソード電極４６及びアノード電極４８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、例えば、固体高分子電解質膜４４の両面に形成される。

カソード側セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａと酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとを連通する酸化剤ガス流路５０が形成される。酸化剤ガス流路５０は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

アノード側セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する燃料ガス流路５２が形成される。燃料ガス流路５２は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

アノード側セパレータ３６の面３６ｂと隣接するカソード側セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａと冷却媒体排出連通孔４２ｂ、４２ｂとに連通する冷却媒体流路５４が形成される。この冷却媒体流路５４は、電解質膜・電極構造体３２の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。

カソード側セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、このカソード側セパレータ３４の外周端縁部を周回して第１シール部材５６が一体成形される。アノード側セパレータ３６の面３６ａ、３６ｂには、このアノード側セパレータ３６の外周端縁部を周回して第２シール部材５８が一体成形される。

第１シール部材５６及び第２シール部材５８としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、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等の弾性を有するシール部材が用いられる。

図３に示すように、第１エンドプレート２４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ、燃料ガス供給連通孔４０ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂ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。

第２エンドプレート２４ｂには、図１に示すように、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａ及び一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂ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。

ケーシング１６は、車幅方向（矢印Ｂ方向）両端の２辺（面）が第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂにより構成される。図３及び図５に示すように、ケーシング１６の車長方向（矢印Ａ方向）両端の２辺（面）は、前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８により構成される。ケーシング１６の車高方向（矢印Ｃ方向）両端の２辺（面）は、上方サイドパネル７０及び下方サイドパネル７２により構成される。

前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８は、例えば、押し出し成形や鋳造、又は機械加工等により形成される。前方サイドパネル６６は、鉛直方向に配置される横長プレート形状を有し、ケーシング１６の内方に膨出する内側膨出部６６ａ、６６ｂが上下に形成される。内側膨出部６６ａ、６６ｂは、外部からの荷重（前方からの荷重）を上方サイドパネル７０及び下方サイドパネル７２に伝える機能を有する。上方サイドパネル７０及び下方サイドパネル７２は、上方及び下方からの荷重に対して燃料電池スタック１０を保護する機能を有する。

後方サイドパネル６８は、鉛直方向に配置される横長プレート形状を有し、ケーシング１６の内方に膨出する内側膨出部６８ａ、６８ｂが上下に形成される。なお、前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８は、後述する上方サイドパネル７０と同様に、一対のプレス板と前記プレス板間に配置される平板部材とにより構成してもよい。

上方サイドパネル７０は、図５及び図６に示すように、互いに接合される一対のプレス板（プレス成形板）である外側プレート７４と内側プレート７６とを備える。外側プレート７４及び内側プレート７６は、表面が凹凸状にプレス成形された金属製薄板で構成される。外側プレート７４及び内側プレート７６間には、積層方向（矢印Ｂ方向）に沿って延在するプレート両端部（矢印Ａ方向の両端部）に対応して平板部材７８ａ、７８ｂが介装される。

外側プレート７４は、ケーシング１６の上面を構成し、薄板状を有する。外側プレート７４の表面には、対角位置を挟んで（又は対角位置と対辺位置とを結んで）リブ部８０ａ、８０ｂが設けられる。リブ部８０ａ、８０ｂの表面位置は、外側プレート７４の他の表面位置とは厚さ方向に異なる、すなわち、高さ方向に高い位置（上方に膨出する位置）に設定される。

内側プレート７６は、ケーシング１６の内周面を構成し、薄板状を有するとともに、燃料電池１４の外周形状に沿って湾曲形状又は屈曲形状あるいは両方の形状を有する。例えば、内側プレート７６には、燃料電池１４の角部の湾曲形状に沿って湾曲部７６ａ、７６ｂが矢印Ａ方向両端縁部に設けられる。内側プレート７６の矢印Ａ方向中央側には、燃料電池スタック１０の外周形状に沿って、例えば、連結バー２８に沿って上方に湾曲（又は屈曲）する変形部７６ｃが設けられる。

平板部材７８ａ、７８ｂは、矢印Ｂ方向に長尺な略角棒状を有し、外側プレート７４及び内側プレート７６よりも肉厚に形成される。図５に示すように、平板部材７８ａ、７８ｂの厚さｔａは、内側膨出部６６ａ、６８ａの厚さｔｂと略同一寸法に設定されることが好ましい。平板部材７８ａ、７８ｂは、外側プレート７４及び内側プレート７６にＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接（又はスポット溶接、ろう付け又は摩擦撹拌溶接等でもよい）により固定される。外側プレート７４及び内側プレート７６の矢印Ａ方向両端には、それぞれ矢印Ｂ方向に延在する、例えば、２本のライン状溶接部位ＷＰ１が設けられる一方、平板部材７８ａ、７８ｂには、溶接部位ＷＰ１に対応するそれぞれ２本のライン状溶接部位ＷＰ２が設けられる。溶接部位ＷＰ１、ＷＰ２は、接合されている。

外側プレート７４と内側プレート７６とは、同様にＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等により固定される。外側プレート７４には、矢印Ｂ方向に沿って対向する２つの矩形状溶接部位ＷＰ３が設けられる。内側プレート７６には、矢印Ｂ方向に沿って対向する２つの矩形状溶接部位ＷＰ４が設けられる。溶接部位ＷＰ３、ＷＰ４は、接合されている。外側プレート７４、内側プレート７６及び平板部材７８ａ、７８ｂには、所望の位置にボルト挿入用の孔部８２が形成される。

下方サイドパネル７２は、図５及び図７に示すように、互いに接合される一対のプレス板（プレス成形板）である外側プレート８４と内側プレート８６とを備える。外側プレート８４及び内側プレート８６は、表面が凹凸状にプレス成形された金属製薄板で構成される。外側プレート８４及び内側プレート８６間には、積層方向（矢印Ｂ方向）に沿って延在するプレート両端部（矢印Ａ方向の両端部）に対応して平板部材８８ａ、８８ｂが介装される。

図５に示すように、平板部材８８ａ、８８ｂの厚さｔａは、内側膨出部６６ｂ、６８ｂの厚さｔｂと略同一寸法に設定される。なお、平板部材８８ａ、８８ｂは、マウント構造１８に接続されるため、平板部材７８ａ、７８ｂよりも大きな幅寸法（厚さ）に設定することが好ましい。外側プレート８４及び内側プレート８６は、上記の外側プレート７４及び内側プレート７６と同様に構成される。

外側プレート８４は、ケーシング１６の下面を構成し、薄板状を有する。外側プレート８４の表面には、対角位置を結んで（又は対角位置と対辺位置とを結んで）リブ部９０ａ、９０ｂが設けられる。リブ部９０ａ、９０ｂの表面位置は、外側プレート８４の他の表面位置よりも高さ方向に低い位置（下方に膨出する位置）に設定される。

内側プレート８６は、ケーシング１６の内周面を構成し、薄板状を有するとともに、燃料電池１４の外周形状に沿って湾曲形状又は屈曲形状あるいは両方の形状を有する。例えば、内側プレート８６には、燃料電池１４の角部の湾曲形状に沿って湾曲部８６ａ、８６ｂが矢印Ａ方向両端縁部に設けられる。内側プレート８６の矢印Ａ方向中央側には、燃料電池スタック１０の外周形状に沿って、例えば、連結バー２８に沿って下方に湾曲（又は屈曲）する変形部８６ｃが設けられる。

図７に示すように、平板部材８８ａ、８８ｂは、矢印Ｂ方向に延在するとともに、外側プレート８４及び内側プレート８６よりも肉厚に形成される。車長方向前方（矢印Ａｆ方向）に配置される平板部材８８ａは、平板形状を有し、長手方向両端縁部に２つの取り付けボス部９２を設ける。各取り付けボス部９２には、ねじ孔９４が形成される。

車長方向後方（矢印Ａｂ方向）に配置される平板部材８８ｂは、略平板形状を有し、長手方向両端縁部に２つの取り付けボス部９２を設ける。各取り付けボス部９２には、ねじ孔９４が形成される。外側プレート８４には、矢印Ａ方向の両端部に、それぞれ各取り付けボス部９２を挿通させるための一対の開口部（又は孔部）１０６ａ、１０６ｂが形成される。

平板部材８８ａ、８８ｂは、外側プレート８４及び内側プレート８６にＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接（又はスポット溶接、ろう付け又は摩擦撹拌溶接等でもよい）により固定される。外側プレート８４及び内側プレート８６の矢印Ａ方向両端には、それぞれ矢印Ｂ方向に延在する、例えば、２本のライン状溶接部位ＷＰ５が設けられる。平板部材８８ａ、８８ｂには、溶接部位ＷＰ５に対応するそれぞれ２本のライン状溶接部位ＷＰ６が設けられる。溶接部位ＷＰ５、ＷＰ６は、接合されている。

外側プレート８４と内側プレート８６とは、同様にＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等により固定される。外側プレート８４には、矢印Ｂ方向に沿って対向する２つの矩形状溶接部位ＷＰ７が設けられる。内側プレート８６には、矢印Ｂ方向に沿って対向する２つの矩形状溶接部位ＷＰ８が設けられる。溶接部位ＷＰ７、ＷＰ８は、接合されている。外側プレート８４、内側プレート８６及び平板部材８８ａ、８８ｂには、所望の位置にボルト挿入用の孔部８２が形成される。

図２に示すように、マウント構造１８は、略矩形状のフレーム１１０を備える。フレーム１１０では、それぞれ所定の長さに設定された４本の脚部１１２が燃料電池電気自動車１２の車体フレーム（図示せず）に固定される。フレーム１１０には、車長方向前方（矢印Ａｆ方向）の両端位置と車長方向後方（矢印Ａｂ方向）の両端位置とに、それぞれ取り付け部１２４が設けられる。

取り付け部１２４は、フレーム１１０上に固定されるプレート１２６を備える。プレート１２６は、上方に屈曲するとともに、先端部側には、２本のねじ１３８が挿入される。ねじ１３８は、各取り付けボス部９２のねじ孔９４に螺合してケーシング１６をフレーム１１０に固定する。

図２及び図３に示すように、上方サイドパネル７０は、前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８の上部に、ねじ１４８を介して固定される。下方サイドパネル７２は、前方サイドパネル６６、後方サイドパネル６８、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの下部に、ねじ１４８を介して固定される。上方サイドパネル７０、下方サイドパネル７２、前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂにねじ１４８を介して固定される。

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。

先ず、図２に示すように、第１エンドプレート２４ａの酸化剤ガス供給マニホールド６０ａから酸化剤ガス供給連通孔３８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。第１エンドプレート２４ａの燃料ガス供給マニホールド６２ａから燃料ガス供給連通孔４０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、図１に示すように、第２エンドプレート２４ｂでは、冷却媒体供給マニホールド６４ａから一対の冷却媒体供給連通孔４２ａには、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。

このため、図４に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３８ａからカソード側セパレータ３４の酸化剤ガス流路５０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａからアノード側セパレータ３６の燃料ガス流路５２に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路５２に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体３２では、カソード電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４８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て発電が行われる。

次いで、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極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３８ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８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４０ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

また、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ３４及びアノード側セパレータ３６間の冷却媒体流路５４に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ａ方向に移動して電解質膜・電極構造体３２を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

この場合、本実施形態では、図５及び図６に示すように、上方サイドパネル７０は、薄板状の外側プレート７４と内側プレート７６とを備えている。そして、外側プレート７４及び内側プレート７６の間には、積層方向に沿って延在する両端部（車長方向両端部）に対応して、これらよりも肉厚な平板部材７８ａ、７８ｂが介装されている。

このため、平板部材７８ａ、７８ｂは、補強用リブとしての機能を有することができ、外側プレート７４及び内側プレート７６を有効に薄肉化することが可能になる。従って、ケーシング１６全体として軽量且つ経済的な構成を採用することができる。これにより、燃料電池スタック１０は、外部荷重を確実に受けることができ、燃料電池１４を良好に保護することが可能になるという効果が得られる。

さらに、上方サイドパネル７０を構成する内側プレート７６には、例えば、燃料電池１４の角部の湾曲形状に沿って湾曲部７６ａ、７６ｂや、連結バー２８に沿って変形部７６ｃが設けられている。湾曲部７６ａ、７６ｂ、及び変形部７６ｃは、リブとして補強機能を有する。同様に、下方サイドパネル７２では、内側プレート８６が、燃料電池１４の外周形状に沿って湾曲形状を有し、リブとして補強機能を有している。しかも、前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８では、ケーシング１６の内方に膨出する内側膨出部６６ａ、６６ｂ及び６８ａ、６８ｂが上下に形成されている。内側膨出部６６ａ、６６ｂ及び６８ａ、６８ｂは、燃料電池スタック１０の外周との隙間を最小限にしてスペースを有効に使用するとともに、リブとしての補強機能を有する。

このため、ケーシング１６内の燃料電池１４は、上方サイドパネル７０、下方サイドパネル７２、前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８により確実且つ強固に保持されている。従って、燃料電池スタック１０に外部荷重が付与されても、燃料電池１４を容易且つ確実に保護することが可能になる。

さらにまた、上方サイドパネル７０を構成する外側プレート７４には、少なくとも対角位置を結んで上方に突出するリブ部８０ａ、８０ｂが設けられている。一方、下方サイドパネル７２を構成する外側プレート８４には、少なくとも対角位置を結んで下方に突出するリブ部９０ａ、９０ｂが設けられている。これにより、各外側プレート７４、８４は、良好に補強されるため、可及的に薄肉形状に形成することができ、一層の軽量化が図られる。

１０…燃料電池スタック １２…燃料電池電気自動車
１２ｆ…フロントボックス １４…燃料電池
１６…ケーシング １８…マウント構造
２４ａ、２４ｂ…エンドプレート ２８…連結バー
３２…電解質膜・電極構造体 ３４…カソード側セパレータ
３６…アノード側セパレータ ３８ａ…酸化剤ガス供給連通孔
３８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔 ４０ａ…燃料ガス供給連通孔
４０ｂ…燃料ガス排出連通孔 ４２ａ…冷却媒体供給連通孔
４２ｂ…冷却媒体排出連通孔 ４４…固体高分子電解質膜
４６…カソード電極 ４８…アノード電極
５０…酸化剤ガス流路 ５２…燃料ガス流路
５４…冷却媒体流路 ６６…前方サイドパネル
６６ａ、６６ｂ、６８ａ、６８ｂ…内側膨出部
６８…後方サイドパネル ７０…上方サイドパネル
７２…下方サイドパネル ７４、８４…外側プレート
７６、８６…内側プレート
７６ａ、７６ｂ、８６ａ、８６ｂ…湾曲部
７６ｃ、８６ｃ…変形部
７８ａ、７８ｂ、８８ａ、８８ｂ…平板部材
８０ａ、８０ｂ、９０ａ、９０ｂ…リブ部
９２…取り付けボス部 ９４…ねじ孔
１１０…フレーム １１２…脚部
１２４…取り付け部 １２６…プレート
１３８、１４８…ねじ

Claims (4)

1. 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備え、複数の前記燃料電池が水平方向に積層され、積層方向の両端にエンドプレートが配設されるとともに、一対の前記エンドプレート間には、サイドパネルが固定される燃料電池スタックであって、
   前記サイドパネルは、互いに接合される一対のプレス板と、
   前記一対のプレス板間に、前記積層方向に沿って延在するプレス板両端部に対応して介装されるとともに、前記プレス板よりも肉厚な平板部材と、
   を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記サイドパネルは、矩形状の前記エンドプレートの各辺に配置される４枚のサイドパネルを備え、
   前記４枚のサイドパネルにより構成される内周面は、前記燃料電池スタックの外周形状に沿って湾曲形状又は屈曲形状を有することを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、矩形状の前記プレス板の表面には、対角位置を結んでリブ部が設けられるとともに、前記リブ部の表面位置は、前記プレス板の他の表面位置とは厚さ方向に異なることを特徴とする燃料電池スタック。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池は、燃料電池搭載車両の車幅方向に沿って積層されるとともに、
   前記燃料電池の上面及び下面は、前記一対のプレス板が接合された前記サイドパネルにより覆われることを特徴とする燃料電池スタック。

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