JP2014235947A - 燃料電池スタック用搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つコンパクトな構成で、外部荷重に対して流体マニホールドの損傷を良好に抑制することを可能にする。
【解決手段】搭載構造１１は、燃料電池スタック１０を車両フレームに搭載する。燃料電池スタック１０は、複数の発電セル２０が積層される積層体２２の積層方向両側に、エンドプレート２８ａ、２８ｂを配設する。エンドプレート２８ａには、冷却媒体供給マニホールド６６ａが設けられる。冷却媒体供給マニホールド６６ａと第１車両フレーム１４ＬＵ１及び第２車両フレーム１４ＬＵ２とは、ピン部材１８ａ、１８ｂにより連結される。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の燃料電池が積層される積層体の積層方向両側に、エンドプレートが配設される燃料電池スタックを、車両フレームに搭載するための燃料電池スタック用搭載構造に関する。

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）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セルが構成されている。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、燃料電池電気自動車に搭載されている。

車載用燃料電池スタックでは、例えば、車両前方のエンジンコンパートメント（モータルーム）内において、モータを下方に配置し、前記モータの鉛直上方に燃料電池及びＰＣＵを配置する構成が採用されている。その際、車両の衝突時に、燃料電池のためのクラッシュブルゾーンを確保することを可能にするために、例えば、特許文献１の燃料電池が知られている。

この燃料電池では、エンジンコンパートメント内には、モータと、前記モータの上方に配置されて前記モータに電力を供給する燃料電池とが配置されている。そして、燃料電池を支持する支持部であって、前記燃料電池を車両の高さ方向に回転可能に支持する支持部が設けられている。

このため、車両が衝突した際の衝撃により、燃料電池を前記車両の高さ方向に回転させることができ、前記燃料電池の水平方向への移動を抑制することが可能になる。従って、燃料電池全体の車両長さ方向の長さを短くすることができ、衝突の際に、エンジンコンパートメントにおけるクラッシャブルゾーンを広げることができる、としている。

特開２０１１−１６２１０８号公報

しかしながら、上記の燃料電池では、前記燃料電池を回転可能に支持する支持部が設けられており、構成が複雑化するとともに、コストが高騰するという問題がある。しかも、燃料電池では、通常、反応ガスや冷却媒体を流通させる流体マニホールドが、例えば、エンドプレートに設けられている。流体マニホールドは、樹脂部材で構成される場合が多く、車両の衝突時に破損し易いという問題がある。

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、外部荷重に対して流体マニホールドの損傷を良好に抑制することが可能な燃料電池スタック用搭載構造を提供することを目的とする。

本発明は、燃料電池スタックを、車両フレームに搭載するための燃料電池スタック用搭載構造に関するものである。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、複数の前記燃料電池が積層される積層体の積層方向両側には、エンドプレートが配設されている。

エンドプレートには、燃料電池スタック内に供給される燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体の少なくとも１つの流体が流通される流体マニホールドが設けられている。そして、流体マニホールドと車両フレームとは、ピン部材により連結されている。

また、この搭載構造では、車両フレームには、流体マニホールドに係合するピン部材が一体に設けられることが好ましい。

さらに、この搭載構造では、ピン部材は、外周部に切り欠き部を設けることにより破断用小径部を有することが好ましい。

さらにまた、この搭載構造では、燃料電池は、立位姿勢で水平方向に積層され、一方のエンドプレートの上面及び下面には、流体マニホールドである第１上側流体マニホールド及び第１下側流体マニホールドを設けられることが好ましい。他方のエンドプレートの上面及び下面には、流体マニホールドである第２上側流体マニホールド及び第２下側流体マニホールドを設けられることが好ましい。

本発明によれば、燃料電池スタックに外部荷重が付与されると、流体マニホールドと車両フレームとを連結するピン部材が破断される。このため、流体マニホールドが損傷することがなく、流体の漏れ等を防止することができる。従って、簡単且つコンパクトな構成で、外部荷重に対して流体マニホールドの損傷を良好に抑制することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック用搭載構造が採用される燃料電池電気自動車の概略平面説明図である。 前記搭載構造の概略構成を示す斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。 前記燃料電池スタックの、図４中、Ｖ−Ｖ線断面図である。 前記燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る搭載構造の概略構成を示す斜視説明図である。

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スタック１０の搭載構造１１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に設定される。

フロントボックス１２ｆには、図１〜図３に示すように、車幅方向（矢印Ｂ方向）の一方（矢印ＢＲ方向）に、車長方向（矢印Ａ方向）に延在して第１車両フレーム１４ＲＵ１及び１４ＲＤ１が上下に平行に設けられる。第１車両フレーム１４ＲＵ１及び１４ＲＤ１の車長方向後方には、前記第１車両フレーム１４ＲＵ１及び１４ＲＤ１と直線上に延在する第２車両フレーム１４ＲＵ２及び１４ＲＤ２が設けられる。

図２示すように、第１車両フレーム１４ＲＵ１と第２車両フレーム１４ＲＵ２とは、それぞれ互いに対向する端面に、互いに近接する方向にピン部材１６ａとピン部材１６ｂとが一体に膨出形成される。ピン部材１６ａと１６ｂとは、同軸となるように配置されることが好ましい。第１車両フレーム１４ＲＤ１と第２車両フレーム１４ＲＤ２とは、それぞれ互いに対向する端面に、互いに近接する方向にピン部材１６ｃとピン部材１６ｄとが一体に膨出形成される。ピン部材１６ｃと１６ｄとは、同軸となるように配置されることが好ましい。ピン部材１６ａ〜１６ｄは、小径に設定され、後述する外部荷重が付与される際に、流体マニホールドとの連結部分から容易に破断するように設定される。

フロントボックス１２ｆには、図１〜図３に示すように、車幅方向（矢印Ｂ方向）の他方（矢印ＢＬ方向）に、車長方向（矢印Ａ方向）に延在して第１車両フレーム１４ＬＵ１及び１４ＬＤ１が上下に平行に設けられる。第１車両フレーム１４ＬＵ１及び１４ＬＤ１の車長方向後方には、前記第１車両フレーム１４ＬＵ１及び１４ＬＤ１と直線上に延在する第２車両フレーム１４ＬＵ２及び１４ＬＤ２が設けられる。

図２示すように、第１車両フレーム１４ＬＵ１と第２車両フレーム１４ＬＵ２とは、それぞれ互いに対向する端面に、互いに近接する方向にピン部材１８ａとピン部材１８ｂとが一体に膨出形成される。ピン部材１８ａと１８ｂとは、同軸となるように配置されることが好ましい。第１車両フレーム１４ＬＤ１と第２車両フレーム１４ＬＤ２とは、それぞれ互いに対向する端面に、互いに近接する方向にピン部材１８ｃとピン部材１８ｄとが一体に膨出形成される。ピン部材１８ｃと１８ｄとは、同軸となるように配置されることが好ましい。

図３及び図４に示すように、燃料電池スタック１０は、複数の発電セル２０が水平方向（矢印Ｂ方向）に積層された積層体２２を備える。積層体２２の積層方向一端（矢印ＢＬ方向）には、ターミナルプレート２４ａ、インシュレータ（絶縁プレート）２６ａ及びエンドプレート２８ａが積層方向外方に向かって、順次、配設される）。積層体２２の積層方向他端（矢印ＢＲ方向）には、ターミナルプレート２４ｂ、インシュレータ（絶縁プレート）２６ｂ及びエンドプレート２８ｂが積層方向外方に向かって、順次、配設される。

エンドプレート２８ａ、２８ｂは、横長（縦長でもよい）の長方形状を有するとともに、各対向する辺の間には、連結バー３０が配置される。各辺に設けられる連結バー３０は、それぞれの両端をエンドプレート２８ａ、２８ｂの内面にボルト３２を介して固定され、複数の積層された発電セル２０に積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。なお、燃料電池スタック１０では、エンドプレート２８ａ、２８ｂを端板とする筐体を備え、前記筐体内に積層体２２を収容するように構成してもよい。

発電セル２０は、図５及び図６に示すように、電解質膜・電極構造体３４が、第１セパレータ３６及び第２セパレータ３８に挟持される。第１セパレータ３６及び第２セパレータ３８は、例えば、カーボンセパレータにより構成される。なお、第１セパレータ３６及び第２セパレータ３８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薄板を波形にプレス成形して構成される金属セパレータを採用してもよい。

発電セル２０の矢印Ａ方向（図６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、酸化剤ガス供給連通孔４０ａ及び燃料ガス排出連通孔４２ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。酸化剤ガス供給連通孔４０ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス排出連通孔４２ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。

発電セル２０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供給連通孔４２ａ、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４０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

発電セル２０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供給連通孔４４ａが設けられる。発電セル２０の矢印Ｃ方向の下端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔４４ｂが設けられる。

第１セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３４に向かう面３６ａには、酸化剤ガス供給連通孔４０ａと酸化剤ガス排出連通孔４０ｂとに連通して矢印Ａ方向に延在する酸化剤ガス流路４６が設けられる。第２セパレータ３８の電解質膜・電極構造体３４に向かう面３８ａには、燃料ガス供給連通孔４２ａと燃料ガス排出連通孔４２ｂとに連通して矢印Ａ方向に延在する燃料ガス流路４８が設けられる。

互いに隣接する発電セル２０を構成する第１セパレータ３６の面３６ｂと、第２セパレータ３８の面３８ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４４ａと冷却媒体排出連通孔４４ｂとを連通して矢印Ｃ方向に延在する冷却媒体流路５０が設けられる。

第１セパレータ３６と第２セパレータ３８とには、第１シール部材５２と第２シール部材５４とが、一体的又は個別に設けられる。第１シール部材５２及び第２シール部材５４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使用される。

電解質膜・電極構造体３４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５６と、前記固体高分子電解質膜５６を挟持するカソード電極５８及びアノード電極６０とを備える。

固体高分子電解質膜５６は、カソード電極５８及びアノード電極６０よりも大きな平面寸法を有している。なお、電解質膜・電極構造体３４は、カソード電極５８とアノード電極６０とが互いに異なる平面寸法に設定される段差ＭＥＡを構成してもよい。

カソード電極５８及びアノード電極６０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５６の両面に形成されている。

図４に示すように、ターミナルプレート２４ａ、２４ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部６２ａ、６２ｂが設けられる。端子部６２ａ、６２ｂは、インシュレータ２６ａ、２６ｂ及びエンドプレート２８ａ、２８ｂを貫通して外部に突出する。

インシュレータ２６ａ、２６ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成される。図５に示すように、インシュレータ２６ａ、２６ｂの中央部には、積層体２２側の端部が開口される凹部６３ａ、６３ｂが形成される。凹部６３ａ、６３ｂには、ターミナルプレート２４ａ、２４ｂが収容される。

図４に示すように、エンドプレート２８ａの上部には、インシュレータ２６ａに形成された冷却媒体供給連通孔４４ａに連通する一対の（又は１つの）冷却媒体入口流路６４ａが形成される。冷却媒体入口流路６４ａは、開口断面略Ｌ字状に屈曲形成される。冷却媒体入口流路６４ａの水平部分は、エンドプレート２８ａの垂直面に対して上部側の位置で開口するとともに、冷却媒体供給連通孔４４ａに対向して連通する。冷却媒体入口流路６４ａの鉛直部分は、エンドプレート２８ａの上面（上部側面）２８ａｕに開口する。

エンドプレート２８ａの下部には、インシュレータ２６ａに形成された冷却媒体排出連通孔４４ｂに連通する一対の（又は１つの）冷却媒体出口流路６４ｂが形成される。冷却媒体出口流路６４ｂは、開口断面略Ｌ字状に屈曲形成される。冷却媒体出口流路６４ｂの水平部分は、エンドプレート２８ａの垂直面に対して下部側の位置で開口するとともに、冷却媒体排出連通孔４４ｂに対向して連通する。冷却媒体出口流路６４ｂの鉛直部分は、エンドプレート２８ａの下面（下部側面）２８ａｄに開口する。

エンドプレート２８ａの上面２８ａｕには、冷却媒体供給マニホールド（第１上側流体マニホールド）６６ａが装着され、前記エンドプレート２８ａとボルト、接着又は一体成形等により一体に結合される。エンドプレート２８ａの下面２８ａｄには、冷却媒体排出マニホールド（第１下側流体マニホールド）６６ｂが装着され、前記エンドプレート２８ａとボルト、接着又は一体成形等により一体に結合される。冷却媒体供給マニホールド６６ａ及び冷却媒体排出マニホールド６６ｂは、例えば、樹脂部材により構成される。

冷却媒体供給マニホールド６６ａは、一対の冷却媒体入口流路６４ａに連通するとともに、冷却媒体供給管６８ａに接続される。図２及び図３に示すように、冷却媒体供給マニホールド６６ａは、第１車両フレーム１４ＬＵ１と第２車両フレーム１４ＬＵ２との間に配設される。冷却媒体供給マニホールド６６ａの長手方向両端には、第１車両フレーム１４ＬＵ１のピン部材１８ａと第２車両フレーム１４ＬＵ２のピン部材１８ｂとが嵌合する溝部７０ａ、７０ａが形成される。各溝部７０ａは、少なくとも上面２８ａｕ側が開放されることが好ましい（図４参照）。

図４に示すように、冷却媒体排出マニホールド６６ｂは、一対（又は１つ）の冷却媒体出口流路６４ｂに連通するとともに、冷却媒体排出管６８ｂに接続される。図２及び図３に示すように、冷却媒体排出マニホールド６６ｂは、第１車両フレーム１４ＬＤ１と第２車両フレーム１４ＬＤ２との間に配設される。冷却媒体排出マニホールド６６ｂの長手方向両端には、第１車両フレーム１４ＬＤ１のピン部材１８ｃと第２車両フレーム１４ＬＤ２のピン部材１８ｄとが嵌合する溝部７０ｂ、７０ｂが形成される。各溝部７０ｂは、少なくとも下面２８ａｄ側が開放されることが好ましい（図４参照）。エンドプレート２８ａは、第１車両フレーム１４ＬＤ１及び第２車両フレーム１４ＬＤ２に載置される（図２及び図３参照）。

図４に示すように、エンドプレート２８ｂの上部には、インシュレータ２６ｂに形成された酸化剤ガス供給連通孔４０ａに連通する酸化剤ガス入口流路７２ａと、燃料ガス供給連通孔４２ａに連通する燃料ガス入口流路７４ａとが形成される。酸化剤ガス入口流路７２ａは、開口断面略Ｌ字状に屈曲形成される。酸化剤ガス入口流路７２ａの水平部分は、エンドプレート２８ｂの垂直面に対して上部側の位置で開口するとともに、酸化剤ガス供給連通孔４０ａに対向して連通する。酸化剤ガス入口流路７２ａの他端部は、エンドプレート２８ｂの上面（上部側面）２８ｂｕに開口する。

燃料ガス入口流路７４ａは、開口断面略Ｌ字状に屈曲形成される。燃料ガス入口流路７４ａの水平部分は、エンドプレート２８ｂの垂直面に対して上部側の位置で開口するとともに、燃料ガス供給連通孔４２ａに対向して連通する。燃料ガス入口流路７４ａの他端部は、エンドプレート２８ｂの上面（上部側面）２８ｂｕに開口する。

エンドプレート２８ｂの下部には、インシュレータ２６ｂに形成された酸化剤ガス排出連通孔４０ｂに連通する酸化剤ガス出口流路７２ｂと、燃料ガス排出連通孔４２ｂに連通する燃料ガス出口流路７４ｂとが形成される。酸化剤ガス出口流路７２ｂは、開口断面略Ｌ字状に屈曲形成される。酸化剤ガス出口流路７２ｂの水平部分は、エンドプレート２８ｂの垂直面に対して下部側の位置で開口するとともに、酸化剤ガス排出連通孔４０ｂに対向して連通する。酸化剤ガス出口流路７２ｂの他端部は、エンドプレート２８ｂの下面（下部側面）２８ｂｄに開口する。

燃料ガス出口流路７４ｂは、開口断面略Ｌ字状に屈曲形成される。燃料ガス出口流路７４ｂの水平部分は、エンドプレート２８ｂの垂直面に対して下部側の位置で開口するとともに、燃料ガス排出連通孔４２ｂに対向して連通する。燃料ガス出口流路７４ｂの他端部は、エンドプレート２８ｂの下面（下部側面）２８ｂｄに開口する。

エンドプレート２８ｂの上面２８ｂｕには、第２上側流体マニホールドである酸化剤ガス供給マニホールド７６ａ及び燃料ガス供給マニホールド７８ａが一体に又は個別の部品を一体化して装着される。酸化剤ガス供給マニホールド７６ａ及び燃料ガス供給マニホールド７８ａとエンドプレート２８ｂとは、ボルト、接着又は一体成形等により一体に結合される。エンドプレート２８ｂの下面２８ｂｄには、第２下側流体マニホールドである酸化剤ガス排出マニホールド７６ｂ及び燃料ガス排出マニホールド７８ｂが一体に又は個別の部品を一体化して装着される。酸化剤ガス排出マニホールド７６ｂ及び燃料ガス排出マニホールド７８ｂとエンドプレート２８ｂとは、ボルト、接着又は一体成形等により一体に結合される。

酸化剤ガス供給マニホールド７６ａ、燃料ガス供給マニホールド７８ａ、酸化剤ガス排出マニホールド７６ｂ及び燃料ガス排出マニホールド７８ｂは、例えば、樹脂部材により構成される。

酸化剤ガス供給マニホールド７６ａは、酸化剤ガス入口流路７２ａに連通するとともに、酸化剤ガス供給管８０ａに接続される。燃料ガス供給マニホールド７８ａは、燃料ガス入口流路７４ａに連通するとともに、燃料ガス供給管８２ａに接続される。

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７６ａ及び燃料ガス供給マニホールド７８ａは、第１車両フレーム１４ＲＵ１と第２車両フレーム１４ＲＵ２との間に配設される。酸化剤ガス供給マニホールド７６ａの長手方向一端（開放側端部）及び燃料ガス供給マニホールド７８ａの長手方向一端（開放側端部）には、第１車両フレーム１４ＲＵ１のピン部材１６ａと第２車両フレーム１４ＲＵ２のピン部材１６ｂとが嵌合する溝部８４ａ、８４ａが形成される。各溝部８４ａは、少なくとも上面２８ｂｕ側が開放されることが好ましい（図４参照）。

図４に示すように、酸化剤ガス排出マニホールド７６ｂは、酸化剤ガス出口流路７２ｂに連通するとともに、酸化剤ガス排出管８０ｂに接続される。燃料ガス排出マニホールド７８ｂは、燃料ガス出口流路７４ｂに連通するとともに、燃料ガス排出管８２ｂに接続される。

図２及び図３に示すように、酸化剤ガス排出マニホールド７６ｂ及び燃料ガス排出マニホールド７８ｂは、第１車両フレーム１４ＲＤ１と第２車両フレーム１４ＲＤ２との間に配設される。酸化剤ガス排出マニホールド７６ｂの長手方向一端（開放側端部）及び燃料ガス排出マニホールド７８ｂの長手方向一端（開放側端部）には、第１車両フレーム１４ＲＤ１のピン部材１６ｃと第２車両フレーム１４ＲＤ２のピン部材１６ｄとが嵌合する溝部８４ｂ、８４ｂが形成される。各溝部８４ｂは、少なくとも下面２８ｂｄ側が開放されることが好ましい（図４参照）。エンドプレート２８ｂは、第１車両フレーム１４ＲＤ１及び第２車両フレーム１４ＲＤ２に載置される（図２及び図３参照）。

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３及び図４に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、エンドプレート２８ｂの酸化剤ガス供給管８０ａから酸化剤ガス供給マニホールド７６ａに導入された後、酸化剤ガス供給連通孔４０ａに供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、エンドプレート２８ｂの燃料ガス供給管８２ａから燃料ガス供給マニホールド７８ａに導入された後、燃料ガス供給連通孔４２ａに供給される。純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、エンドプレート２８ａの冷却媒体供給管６８ａから冷却媒体供給マニホールド６６ａに導入された後、冷却媒体供給連通孔４４ａに供給される。

図６に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔４０ａから第１セパレータ３６の酸化剤ガス流路４６に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４６に沿って水平方向（矢印Ａ方向）に流動しながら、電解質膜・電極構造体３４を構成するカソード電極５８に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４２ａから第２セパレータ３８の燃料ガス流路４８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４８に沿って水平方向（矢印Ａ方向）に流動しながら、電解質膜・電極構造体３４を構成するアノード電極６０に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体３４では、カソード電極５８に供給される酸化剤ガスと、アノード電極６０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。

次いで、カソード電極５８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４０ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。一方、アノード電極６０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４２ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

また、冷却媒体供給連通孔４４ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ３６及び第２セパレータ３８間の冷却媒体流路５０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３４を冷却した後、冷却媒体排出連通孔４４ｂから排出される。

この場合、第１の実施形態では、図２に示すように、冷却媒体供給マニホールド６６ａは、溝部７０ａ、７０ａにピン部材１８ａ、１８ｂが嵌合されて第１車両フレーム１４ＬＵ１と第２車両フレーム１４ＬＵ２との間に保持されている。冷却媒体排出マニホールド６６ｂは、溝部７０ｂ、７０ｂにピン部材１８ｃ、１８ｄが嵌合されて第１車両フレーム１４ＬＤ１と第２車両フレーム１４ＬＤ２との間に保持されている。

一方、酸化剤ガス供給マニホールド７６ａ及び燃料ガス供給マニホールド７８ａは、溝部８４ａ、８４ａにピン部材１６ａ、１６ｂが嵌合されて第１車両フレーム１４ＲＵ１と第２車両フレーム１４ＲＵ２との間に保持されている。燃料ガス排出マニホールド７８ｂ及び酸化剤ガス排出マニホールド７６ｂは、溝部８４ｂ、８４ｂにピン部材１６ｃ、１６ｄが嵌合されて第１車両フレーム１４ＲＤ１と第２車両フレーム１４ＲＤ２との間に保持されている。

ここで、図１に示すように、燃料電池電気自動車１２の前方側部から矢印ＢＬ方向に外部荷重Ｆが付与されると、燃料電池スタック１０に前記外部荷重Ｆが作用する。

その際、冷却媒体供給マニホールド６６ａを支持するピン部材１８ａ、１８ｂが破断され、前記冷却媒体供給マニホールド６６ａは、第１車両フレーム１４ＬＵ１及び第２車両フレーム１４ＬＵ２から分離される。同様に、冷却媒体排出マニホールド６６ｂを支持するピン部材１８ｃ、１８ｄが破断され、前記冷却媒体排出マニホールド６６ｂは、第１車両フレーム１４ＬＤ１及び第２車両フレーム１４ＬＤ２から分離される。

従って、冷却媒体供給マニホールド６６ａ及び冷却媒体排出マニホールド６６ｂは、外部荷重Ｆにより大きな衝撃を受けることがなく、良好に保護することができる。これにより、冷却媒体供給マニホールド６６ａ及び冷却媒体排出マニホールド６６ｂが損傷し、冷却媒体が漏れ出ることを可及的に阻止することが可能になる。

一方、酸化剤ガス供給マニホールド７６ａ及び燃料ガス供給マニホールド７８ａは、ピン部材１６ａ、１６ｂが破断されて第１車両フレーム１４ＲＵ１及び第２車両フレーム１４ＲＵ２から分離される。同様に、燃料ガス排出マニホールド７８ｂ及び酸化剤ガス排出マニホールド７６ｂは、ピン部材１６ｃ、１６ｄが破断されて第１車両フレーム１４ＲＤ１及び第２車両フレーム１４ＲＤ２から分離される。

このため、酸化剤ガス供給マニホールド７６ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド７６ｂは、外部荷重Ｆにより大きな衝撃を受けることがなく、良好に保護することができる。従って、酸化剤ガス供給マニホールド７６ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド７６ｂが損傷し、酸化剤ガスが漏れ出ることを可及的に阻止することが可能になる。

また、燃料ガス供給マニホールド７８ａ及び燃料ガス排出マニホールド７８ｂは、外部荷重Ｆにより大きな衝撃を受けることがなく、良好に保護することができる。これにより、燃料ガス供給マニホールド７８ａ及び燃料ガス排出マニホールド７８ｂが損傷し、燃料ガスが漏れ出ることを可及的に阻止することが可能になる。

このため、第１の実施形態では、簡単且つコンパクトな構成で、外部荷重Ｆに対して各流体マニホールドの損傷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。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る搭載構造１００の概略構成を示す斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る搭載構造１１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。

搭載構造１００では、ピン部材１６ａ〜１６ｄ及び１８ａ〜１８ｄに代えて、ピン部材１０２を採用する。ピン部材１０２は、外周部に切り欠き部を設けることにより破断用小径部１０２ａを有する。

従って、第２の実施形態では、ピン部材１０２は、外部荷重Ｆの付与によって破断用小径部１０２ａで一層容易且つ確実に破断することができる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、外部荷重Ｆに対して各流体マニホールドの損傷を可及的に抑制することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

１０…燃料電池スタック １１、１００…搭載構造
１２…燃料電池電気自動車 １２ｆ…フロントボックス
１４ＬＤ１、１４ＬＵ１、１４ＬＤ２、１４ＬＵ２、１４ＲＤ１、１４ＲＤ２、１４ＲＵ１、１４ＲＵ２…車両フレーム
１６ａ〜１６ｄ、１８ａ〜１８ｄ、１０２…ピン部材
２０…発電セル ２２…積層体
２８ａ、２８ｂ…エンドプレート ３４…電解質膜・電極構造体
３６、３８…セパレータ ４０ａ…酸化剤ガス供給連通孔
４０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔 ４２ａ…燃料ガス供給連通孔
４２ｂ…燃料ガス排出連通孔 ４４ａ…冷却媒体供給連通孔
４４ｂ…冷却媒体排出連通孔 ４６…酸化剤ガス流路
４８…燃料ガス流路 ５０…冷却媒体流路
５２、５４…シール部材 ５６…固体高分子電解質膜
５８…カソード電極 ６０…アノード電極
６４ａ…冷却媒体入口流路 ６４ｂ…冷却媒体出口流路
６６ａ…冷却媒体供給マニホールド ６６ｂ…冷却媒体排出マニホールド
７０ａ、７０ｂ、８４ａ、８４ｂ…溝部
７２ａ…酸化剤ガス入口流路 ７２ｂ…酸化剤ガス出口流路
７４ａ…燃料ガス入口流路 ７４ｂ…燃料ガス出口流路
７６ａ…酸化剤ガス供給マニホールド ７６ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド
７８ａ…燃料ガス供給マニホールド ７８ｂ…燃料ガス排出マニホールド
１０２ａ…破断用小径部

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積層される積層体の積層方向両側には、エンドプレートが配設される燃料電池スタックを、車両フレームに搭載するための燃料電池スタック用搭載構造であって、
   前記エンドプレートには、前記燃料電池スタック内に供給される燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体の少なくとも１つの流体が流通される流体マニホールドが設けられるとともに、
   前記流体マニホールドと前記車両フレームとは、ピン部材により連結されることを特徴とする燃料電池スタック用搭載構造。
2. 請求項１記載の搭載構造において、前記車両フレームには、前記流体マニホールドに係合する前記ピン部材が一体に設けられることを特徴とする燃料電池スタック用搭載構造。
3. 請求項１又は２記載の搭載構造において、前記ピン部材は、外周部に切り欠き部を設けることにより破断用小径部を有することを特徴とする燃料電池スタック用搭載構造。
4. 請求項１又は３のいずれか１項に記載の搭載構造において、前記燃料電池は、立位姿勢で水平方向に積層され、
   一方の前記エンドプレートの上面及び下面には、前記流体マニホールドである第１上側流体マニホールド及び第１下側流体マニホールドを設けられるとともに、
   他方の前記エンドプレートの上面及び下面には、前記流体マニホールドである第２上側流体マニホールド及び第２下側流体マニホールドを設けられることを特徴とする燃料電池スタック用搭載構造。

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