JP2015158984A

JP2015158984A - 燃料電池スタック

Info

Publication number: JP2015158984A
Application number: JP2014032045A
Authority: JP
Inventors: 達彦清水; Tatsuhiko Shimizu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-09-03

Abstract

【課題】ターミナルプレートとエンドプレートとの間での沿面放電の発生を抑制しつつ燃料電池スタックの重量又はコストを低減する。
【解決手段】燃料電池スタック１は複数の燃料電池単セルを互いに積層した積層体３と、積層体の端部に配置された導電性のターミナルプレート４と、ターミナルプレートの外側に配置された導電性のエンドプレート５と、ターミナルプレートとエンドプレートとの間に配置された絶縁プレート６と、を備える。絶縁プレートは内側絶縁プレート６ｉ及び外側絶縁プレート６ｏと、内側絶縁プレート及び外側絶縁プレートの間に拡がる絶縁フィルム６ｆとを備える。絶縁フィルムは内側絶縁プレートの外周面６ｉｐを越えて半径方向Ｒ外側に拡がる拡張部分６ｆｅを有する。拡張部分は内側絶縁プレート及びターミナルプレートの外周面６ｐｉ，４ｐ上に折り曲げられてこれら外周面を覆っている。
【選択図】図３

Description

本発明は燃料電池スタックに関する。

複数の燃料電池単セルを積層した積層体と、積層体の積層方向端部に配置された導電性のターミナルプレートと、ターミナルプレートの積層方向外側に配置された導電性のエンドプレートと、これらターミナルプレートとエンドプレートとの間に配置された絶縁プレートと、を備えた燃料電池スタック燃料電池スタックが公知である（特許文献１参照）。このように絶縁プレートを設けることにより、ターミナルプレートとエンドプレートとが電気的に絶縁される。

特開２００６−０５９６７９号公報

ところで、燃料電池スタックの重量又はコストを低減することが望まれている。このために、絶縁プレートの厚さを小さくすることが考えられる。ところが、絶縁プレートの厚さを小さくすると、ターミナルプレートとエンドプレートとの間で沿面放電が生ずるおそれがある。

本発明によれば、複数の燃料電池単セルを積層方向に沿って積層した積層体と、該積層体の積層方向端部に配置された導電性のターミナルプレートと、該ターミナルプレートの積層方向外側に配置された導電性のエンドプレートと、これらターミナルプレートとエンドプレートとの間に配置された絶縁プレートと、を備えた燃料電池スタックにおいて、前記絶縁プレートが、前記積層方向に積層された内側絶縁プレート及び外側絶縁プレートと、これら内側絶縁プレート及び外側絶縁プレートの間に拡がる絶縁フィルムとを備え、該絶縁フィルムが、該内側絶縁プレートの外周面を越えて拡がる拡張部分を有し、該拡張部分が内側絶縁プレートの外周面及びターミナルプレートの外周面上又は外側絶縁プレートの外周面及びエンドプレートの外周面上に折り曲げられてこれら外周面を覆っている、燃料電池スタックが提供される。

ターミナルプレートとエンドプレートとの間での沿面放電の発生を抑制しつつ燃料電池スタックの重量又はコストを低減することができる。

燃料電池スタックの側面図である。絶縁フィルムが折り曲げられる前の状態にある、ターミナルプレート、絶縁プレート、及びエンドプレートの概略分解斜視図である。燃料電池スタックの部分縦断面図である。本発明による別の実施例を示す、燃料電池スタックの部分縦断面図である。

図１を参照すると、燃料電池スタック１は、複数の燃料電池単セル２が積層方向Ｓに沿って積層された積層体３と、積層体３の積層方向Ｓの両端部に配置されたターミナルプレート４と、ターミナルプレート４の積層方向Ｓ外側に配置されたエンドプレート５と、ターミナルプレート４とエンドプレート５との間に配置された絶縁プレート６と、を備える。ターミナルプレート４及びエンドプレート５は導電性材料から形成され、絶縁プレート６は電気絶縁性材料から形成される。

また、エンドプレート５，５は積層方向Ｓに延びる締結具（図示しない）により互いに締結される。その結果、エンドプレート５，５が積層方向Ｓ内向きに互いに引き寄せられる。したがって、積層体３、ターミナルプレート４、エンドプレート５及び絶縁プレート６が積層方向Ｓに関し互いに密着される。

ターミナルプレート４、エンドプレート５及び絶縁プレート６はそれぞれ長方形状をなしている。ターミナルプレート４及び絶縁プレート６は互いにほぼ同じ大きさである。一方、エンドプレート５はターミナルプレート４及び絶縁プレート６と同じ大きさか又はこれらよりもわずかに大きい。

また、燃料電池スタック１の積層方向Ｓの一端に位置するターミナルプレート４、絶縁プレート６及びエンドプレート５には、これらターミナルプレート４、絶縁プレート６及びエンドプレート５を積層方向Ｓに貫通して燃料電池スタック１外部から積層体３に到る複数の流通路７を備えている。これら流通路７には、水素のような燃料ガスを積層体３に供給する供給路、燃料ガスを積層体３から排出する排出路、空気のような酸化剤ガスを積層体３に供給する供給路、酸化剤ガスを積層体３から排出する排出路、冷却水を積層体３に供給する供給路、及び冷却水を積層体３から排出する排出路が含まれる。図３に示されるように、ターミナルプレート４の流通路７の内周面及びエンドプレート５の流通路７の内周面にはそれぞれ、樹脂製被覆４ｃ，５ｃが設けられる。これら被覆４ｃ，５ｃにより、流通路７内を流れる流体からターミナルプレート４及びエンドプレート５が保護される。

燃料電池単セル２はそれぞれアノード極及びカソード極（図示しない）を有しており、アノード極は一方のターミナルプレート４に電気的に接続され、カソード極は他方のターミナルプレート４に電気的に接続される。燃料電池単セル２では、燃料電池単セル２に供給された燃料ガス及び酸化剤ガスの電気化学反応により電気エネルギが発生する。燃料電池単セル２で発生した電気エネルギはターミナルプレート４を介して燃料電池スタック１の外部に取り出される。燃料電池スタック１から取り出された電気エネルギは例えば電動車両の駆動用電気モータ又は蓄電器に供給される。なお、エンドプレート５は接地されている。

更に、特に図３に示されるように、絶縁プレート６は、積層方向Ｓに積層された内側絶縁プレート６ｉ及び外側絶縁プレート６ｏと、これら内側絶縁プレート６ｉ及び外側絶縁プレート６ｏの間に拡がる絶縁フィルム６ｆとを備えている。図２及び図３に示されるように、この絶縁フィルム６ｆはその全周にわたり、内側絶縁プレート６ｉの外周面６ｉｐを越えて半径方向Ｒ外側に拡がる拡張部分６ｆｅを有している。この拡張部分６ｆｅは図３に示されるように、内側絶縁プレート６ｉの外周面６ｉｐ及びターミナルプレート４の外周面４ｐ上に折り曲げられ、これら外周面６ｉｐ，４ｐを覆っている。別の見方をすると、拡張部分６ｆｅが内側絶縁プレート６ｉの外周面６ｉｐ及びターミナルプレート４の外周面４ｐを覆うように、拡張部分６ｆｅの寸法があらかじめ決められている。

図３に示されるように、内側絶縁プレート６ｉ、外側絶縁プレート６ｏ、ターミナルプレート４は互いにほぼ同じ大きさである。

本発明による実施例では、内側絶縁プレート６ｉ及び外側絶縁プレート６ｏは電気絶縁性樹脂、例えばナイロン系、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系などの熱可塑性樹脂、不飽和ポリエステル樹脂のような熱硬化性樹脂から形成される。一方、絶縁フィルム６ｆは接着性を有する電気絶縁性樹脂、例えばポリビニルブチラール（ＰＶＢ）から形成される。別の実施例では、絶縁フィルム６ｆは接着性を有さない電気絶縁性樹脂から形成される。

更に、図２及び図３に示されるように、ターミナルプレート４に面する内側絶縁プレート６ｉの表面の流通路７の周りには環状の収容溝６ｉｇが形成される。また、エンドプレート５に面する外側絶縁プレート６ｏの表面の流通路７の周りにも環状の収容溝６ｏｇが形成される。これら収容溝６ｉｇ，６ｏｇ内にはそれぞれ、Ｏリングのようなシール部材６ｉｓ，６ｏｓが収容される。なお、別の実施例では、内側絶縁プレート６ｉに面するターミナルプレート４の表面の流通路７の周りに環状の収容溝が形成される。更に別の実施例では、外側絶縁プレート６ｏに面するエンドプレート５の表面の流通路７の周りに環状の収容溝が形成される。

さて、ターミナルプレート４の電位は高く、これに対しエンドプレート５は接地されている。その結果、ターミナルプレートとエンドプレートとの間で沿面放電が発生する危険性がある。この点、従来技術では、絶縁プレート６の厚さを大きくすることにより沿面距離を大きくし、それによって沿面放電の発生を抑制するようにしている。

これに対し、本発明による実施例では、ターミナルプレート４の外周面４ｐを絶縁フィルム６ｆにより覆うことにより、ターミナルプレート４とエンドプレート５との間の沿面距離ＣＤを長くしている。したがって、絶縁プレート６の厚さを小さくすることができる。すなわち、ターミナルプレートとエンドプレートとの間での沿面放電の発生を抑制しつつ燃料電池スタック１の重量及びコストを低減することができる。

しかも、絶縁フィルム６ｆは可撓性ないし柔軟性を備えている。したがって、絶縁フィルム６ｆの拡張部分６ｆｅをただ単に折り曲げることにより、ターミナルプレート４の外周面４ｐが拡張部分６ｆｅにより覆われる。言い換えると、例えば内側絶縁プレート６ｉ、外側絶縁プレート６ｏ、及びターミナルプレート４などの機械加工を必要としない。したがって、複雑で高価な作業を要することなく、沿面放電の発生を抑制できる。

また、絶縁フィルム６ｆが接着性を有しているので、内側絶縁プレート６ｉ及び外側絶縁プレート６ｏを互いに確実に接着することができる。すなわち、燃料電池スタック１の耐久性が高められる。あるいは、燃料電池スタック１の組み立てが容易になる。

一方、絶縁プレート６が内側絶縁プレート６ｉ及び外側絶縁プレート６ｏを備えているので、絶縁プレート６の強度が高められる。また、内側絶縁プレート６ｉ及び外側絶縁プレート６ｏに収容溝６ｉｇ，６ｏｇを設けて収容溝６ｉｇ，６ｏｇにシール部材６ｉｓ，６ｏｓを収容することができる。その結果、ターミナルプレート４と絶縁プレート６との間、及び、絶縁プレート６とエンドプレート５との間が確実にシールされる。

図４に本発明による別の実施例を示す。図４に示される実施例では、ターミナルプレート４、エンドプレート５及び絶縁プレート６は互いにほぼ同じ大きさである。また、絶縁フィルム６ｆの拡張部分６ｆｅは、外側絶縁プレート６ｏの外周面６ｏｐ及びエンドプレート５の外周面５ｐ上に折り曲げられ、これら外周面６ｏｐ，５ｐを覆っている。

１燃料電池スタック
２燃料電池単セル
３積層体
４ターミナルプレート
４ｐターミナルプレートの外周面
５エンドプレート
６絶縁プレート
６ｉ内側絶縁プレート
６ｉｐ内側絶縁プレートの外周面
６ｏ外側絶縁プレート
６ｆ絶縁フィルム
６ｆｅ拡張部分

Claims

複数の燃料電池単セルを積層方向に沿って積層した積層体と、該積層体の積層方向端部に配置された導電性のターミナルプレートと、該ターミナルプレートの積層方向外側に配置された導電性のエンドプレートと、これらターミナルプレートとエンドプレートとの間に配置された絶縁プレートと、を備えた燃料電池スタックにおいて、前記絶縁プレートが、前記積層方向に積層された内側絶縁プレート及び外側絶縁プレートと、これら内側絶縁プレート及び外側絶縁プレートの間に拡がる絶縁フィルムとを備え、該絶縁フィルムが、該内側絶縁プレートの外周面を越えて拡がる拡張部分を有し、該拡張部分が内側絶縁プレートの外周面及びターミナルプレートの外周面上又は外側絶縁プレートの外周面及びエンドプレートの外周面上に折り曲げられてこれら外周面を覆っている、燃料電池スタック。
前記絶縁フィルムが接着性を有しており、前記内側絶縁プレート及び前記外側絶縁プレートが絶縁フィルムにより互いに接着される、請求項１に記載の燃料電池スタック。
前記ターミナルプレート、前記絶縁プレート及び前記エンドプレートがこれらを貫通して燃料電池スタック外部から前記積層体に到る流通路を備えており、ターミナルプレートに面する前記内側絶縁プレートの表面の流通路周りと、エンドプレートに面する前記外側絶縁プレートの表面の流通路周りとにそれぞれ収容溝を形成し、これら収容溝内にシール部材をそれぞれ収容した、請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。