JP2016195065A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2016195065A
JP2016195065A JP2015074906A JP2015074906A JP2016195065A JP 2016195065 A JP2016195065 A JP 2016195065A JP 2015074906 A JP2015074906 A JP 2015074906A JP 2015074906 A JP2015074906 A JP 2015074906A JP 2016195065 A JP2016195065 A JP 2016195065A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
case
fuel cell
restraining member
laminate
restraining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015074906A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
拓士 長野
Takushi Nagano
拓士 長野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2015074906A priority Critical patent/JP2016195065A/en
Publication of JP2016195065A publication Critical patent/JP2016195065A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve impact resistance and vibration resistance of fuel cells regardless of a temperature environment of the fuel cells.SOLUTION: A fuel cell in which a laminate including a plurality of laminated electric cells is accommodated in a case includes a restraining member arranged between a side face of the laminate along the lamination direction and the inner face of the case. The thickness of the restraining member in a state where the restraining member is not accommodated in the case is less than a gap between the side face of the laminate and the inner face of the case under a predetermined pressurizing condition higher than an atmospheric condition, and is equal to or more than the gap under the atmospheric condition.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、複数の単電池が積層されたスタック構造の燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell having a stack structure in which a plurality of single cells are stacked.

燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する2つの電極(燃料極と酸素極)にそれぞれ反応ガス(水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガス)を供給して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の電解質膜を含む発電体で構成される単電池を積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが知られている。   In a fuel cell, for example, a polymer electrolyte fuel cell, a reactive gas (a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen) is respectively applied to two electrodes (a fuel electrode and an oxygen electrode) facing each other with an electrolyte membrane interposed therebetween. By supplying and causing an electrochemical reaction, the chemical energy of the substance is directly converted into electrical energy. As a main structure of such a fuel cell, a so-called stack structure is known in which unit cells composed of a power generation body including a substantially flat electrolyte membrane are stacked and fastened in the stacking direction.

ところで、燃料電池は、その使用条件によって、外部からの衝撃や振動に対する十分な耐性が要求される場合がある。燃料電池の耐衝撃性や耐振動性を向上させるために、単電池の積層体の積層方向に沿う側面を覆うプレートを設け、そのプレートと積層体との間に緩衝部材を配置する技術が知られている(例えば、特許文献1)。緩衝部材は、内部に空気が密閉された中空部材で構成されている。この燃料電池では、緩衝部材の常温時における厚さを薄く設計することにより燃料電池の組み付けを容易とするとともに、燃料電池の使用時において、燃料電池の温度上昇に応じた緩衝部材の内部の空気の膨張により積層体の各単電池の動きを抑制して、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性を得ることができる。   By the way, the fuel cell may be required to have sufficient resistance against external impacts and vibrations depending on its use conditions. In order to improve the impact resistance and vibration resistance of a fuel cell, a technology is known in which a plate is provided to cover a side surface along the stacking direction of a stack of unit cells, and a buffer member is disposed between the plate and the stack. (For example, Patent Document 1). The buffer member is configured by a hollow member in which air is sealed. In this fuel cell, the buffer member is designed to be thin at room temperature to facilitate the assembly of the fuel cell, and when the fuel cell is used, the air inside the buffer member in accordance with the temperature rise of the fuel cell By suppressing the movement of each unit cell of the laminate, the impact resistance and vibration resistance of the fuel cell can be obtained.

特開2003−203670号公報JP 2003-203670 A

しかしながら、上記緩衝部材では、例えば、低温環境での始動時のように、燃料電池が低温の状態において内部の空気が収縮することになり、各単電池の動きの抑制することができずに燃料電池の耐衝撃性、耐振動性が低下する、という課題がある。このため、燃料電池の組み付けを容易とするとともに、燃料電池の温度環境に関わらず積層体(「燃料電池スタック」とも呼ぶ)に含まれる各単電池の動きを抑制して、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性を向上させることが望まれていた。   However, in the buffer member, for example, when the fuel cell is in a low temperature state, such as when starting in a low temperature environment, the internal air contracts, and the movement of each unit cell cannot be suppressed. There exists a subject that the impact resistance of a battery and vibration resistance fall. This facilitates the assembly of the fuel cell and suppresses the movement of each single cell contained in the laminate (also referred to as a “fuel cell stack”) regardless of the temperature environment of the fuel cell, thereby improving the impact resistance of the fuel cell. It has been desired to improve the property and vibration resistance.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、積層された複数の単電池を含む積層体がケースに収容された燃料電池が提供される。この燃料電池は、前記積層体の積層方向に沿う側面と前記ケースの内面との間に配置された拘束部材を備える。前記ケースに収容されていない状態における前記拘束部材の厚さは、大気圧条件よりも高い所定の加圧条件の下において前記積層体の前記側面と前記ケースの前記内面との間の隙間未満であり、前記大気圧の条件の下において前記隙間以上である。
この形態によれば、例えば、積層体をケースに収容した後、加圧条件下で、積層体の積層方向に沿う側面とケースの内面との間に拘束部材を配置し、その後、大気圧条件下に戻すことにより、積層体の拘束を容易に行うことができる。また、燃料電池の温度環境に関係なく積層体を拘束することができるとともに、積層体に含まれる複数の単電池の動きを抑制することができ、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性を向上させることができる。
(1) According to one aspect of the present invention, there is provided a fuel cell in which a stacked body including a plurality of stacked single cells is accommodated in a case. The fuel cell includes a restraining member disposed between a side surface along the stacking direction of the stacked body and an inner surface of the case. The thickness of the restraining member in a state not accommodated in the case is less than a gap between the side surface of the laminate and the inner surface of the case under a predetermined pressurizing condition higher than an atmospheric pressure condition. Yes, and above the gap under the atmospheric pressure condition.
According to this embodiment, for example, after the laminated body is accommodated in the case, the restraint member is disposed between the side surface along the lamination direction of the laminated body and the inner surface of the case under a pressurized condition, and then the atmospheric pressure condition By returning to the bottom, the laminate can be easily restrained. In addition, the stack can be restrained regardless of the temperature environment of the fuel cell, and the movement of a plurality of single cells included in the stack can be suppressed, improving the shock resistance and vibration resistance of the fuel cell. Can be made.

本発明は、この他にも、上記形態の燃料電池を搭載した車両もしくは移動体のような装置発明、燃料電池の製造方法もしくは設置方法などの方法発明を始めとして、種々の形態にて実現することが可能である。   In addition to the above, the present invention can be realized in various forms including a device invention such as a vehicle or a moving body equipped with the fuel cell of the above-described form, a method invention such as a method of manufacturing or installing a fuel cell. It is possible.

実施形態における燃料電池の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the fuel cell in embodiment. 実施形態における燃料電池の概略構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows schematic structure of the fuel cell in embodiment. 2つのエンドプレート及び積層体のケース内への収容および締結の方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of accommodation and fastening in the case of two end plates and a laminated body. 非拘束締結体中に拘束部材を配置する方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of arrange | positioning a restraint member in an unconstrained fastening body. 非拘束締結体中に配置した拘束部材によって積層体を拘束する方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method of restraining a laminated body with the restraint member arrange | positioned in an unconstrained fastening body.

A.実施形態:
図1は、一実施形態としての燃料電池100の概略構成を示す斜視図である。図2は、図1に示した燃料電池100を分解して示す斜視図である。なお、図1及び図2に示すように、燃料電池100は、積層体10と、2枚のエンドプレート20A,20Bと、プレッシャープレート30と、4つの拘束部材40と、2つの絶縁体50と、ケース60と、を備えている。なお、図1は、図示の便宜上、ケース60を透視した状態で示しており、絶縁体50を破線で示している。
A. Embodiment:
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a fuel cell 100 as an embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view of the fuel cell 100 shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell 100 includes a stacked body 10, two end plates 20 </ b> A and 20 </ b> B, a pressure plate 30, four restraining members 40, and two insulators 50. The case 60 is provided. In FIG. 1, for convenience of illustration, the case 60 is shown in a transparent state, and the insulator 50 is indicated by a broken line.

積層体10は、複数の単電池11が積層された電池スタックと、2枚の集電板12と、2枚の絶縁板13から構成されている。2枚の集電板12は、電池スタックの積層方向(X方向)の両端部に、電池スタックを挟むように配置されている。2枚の絶縁板13は、集電板12の外側にそれぞれ配置されている。絶縁板13は、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板12は、緻密質カーボンや銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。   The stacked body 10 includes a battery stack in which a plurality of unit cells 11 are stacked, two current collecting plates 12, and two insulating plates 13. The two current collecting plates 12 are arranged so as to sandwich the battery stack at both ends in the stacking direction (X direction) of the battery stack. The two insulating plates 13 are respectively arranged outside the current collector plate 12. The insulating plate 13 is formed of an insulating member such as resin. The current collector plate 12 is formed of a gas impermeable conductive member such as dense carbon or a copper plate.

単電池11は、図示は省略するが、発電体としての膜電極接合体(以下、「MEA」ともいう)と、MEAを挟持するセパレータと、から構成されている。MEAは、電解質膜と、電解質膜の両面に配置された触媒電極と、触媒電極とセパレータとの間にそれぞれ配置された拡散層と、から構成されている。電解質膜は、フッ素系樹脂等の固体高分子材料により形成されたイオン交換膜である。触媒電極は、触媒(例えば白金、あるいは白金合金)を備えており、これらの触媒を、導電性を有する担体(例えば、カーボン粒子)上に担持させることによって形成されている。拡散層は、反応ガス(酸化ガスや燃料ガス)の流路として機能し、例えば、金属やカーボンを用いて構成された多孔体である。   Although not shown, the unit cell 11 is composed of a membrane electrode assembly (hereinafter also referred to as “MEA”) as a power generator and a separator for sandwiching the MEA. The MEA is composed of an electrolyte membrane, catalyst electrodes disposed on both surfaces of the electrolyte membrane, and diffusion layers respectively disposed between the catalyst electrode and the separator. The electrolyte membrane is an ion exchange membrane formed of a solid polymer material such as a fluorine resin. The catalyst electrode includes a catalyst (for example, platinum or a platinum alloy), and is formed by supporting these catalysts on a conductive carrier (for example, carbon particles). The diffusion layer functions as a flow path for the reaction gas (oxidizing gas or fuel gas), and is a porous body made of, for example, metal or carbon.

第1のエンドプレート20Aと、第2のエンドプレート20B及びプレッシャープレート30は、積層体10を積層方向に挟持するための挟持部材である。エンドプレート20A,20B及びプレッシャープレート30は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。ケース60も、同様に、剛性を確保するため、鋼等の金属やセラミックスによって形成されている。   The first end plate 20A, the second end plate 20B, and the pressure plate 30 are sandwiching members for sandwiching the stacked body 10 in the stacking direction. The end plates 20A and 20B and the pressure plate 30 are made of metal such as steel in order to ensure rigidity. Similarly, the case 60 is made of metal such as steel or ceramics in order to ensure rigidity.

図1及び図2に示すように、第1のエンドプレート20Aは、積層体10を挟持した状態で、ケース60の開口部61を覆うようにボルト70によってケース60に結合されている。また、プレッシャープレート30は、積層体10を挟持した状態で荷重調整ネジ64によって押圧されている。荷重調整ネジ64は、開口部61に対向するケース側面62に設けられた複数(本例では6つ)のネジ穴63にねじ込まれることによってプレッシャープレート30を押圧する。これにより、2つのエンドプレート20A,20B及び積層体10がケース60に締結された状態でケース60内に収容されている。なお、2つのエンドプレート20A,20B及び積層体10のケース60内への収容及び締結の方法については後述する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the first end plate 20 </ b> A is coupled to the case 60 by a bolt 70 so as to cover the opening 61 of the case 60 in a state where the stacked body 10 is sandwiched. Further, the pressure plate 30 is pressed by the load adjusting screw 64 in a state where the stacked body 10 is sandwiched. The load adjusting screw 64 presses the pressure plate 30 by being screwed into a plurality (six in this example) of screw holes 63 provided on the case side surface 62 facing the opening 61. Thereby, the two end plates 20 </ b> A and 20 </ b> B and the stacked body 10 are accommodated in the case 60 in a state of being fastened to the case 60. A method of housing and fastening the two end plates 20A and 20B and the laminated body 10 in the case 60 will be described later.

2つの絶縁体50は、ケース60と積層体10とを絶縁するための絶縁部材であり、積層体10を積層方向(X方向)に垂直な上下方向(Z方向)から挟んで覆うように、ケース60の内面に当接して配置される。絶縁体50は、剛性及び絶縁を確保した種々の部材、例えば、絶縁性の樹脂や絶縁性のセラミックス、絶縁材料の塗工により絶縁処理が施された金属等によって形成されている。   The two insulators 50 are insulating members for insulating the case 60 and the laminated body 10 so that the laminated body 10 is sandwiched and covered from the vertical direction (Z direction) perpendicular to the laminating direction (X direction). It is disposed in contact with the inner surface of the case 60. The insulator 50 is formed of various members that ensure rigidity and insulation, such as an insulating resin, insulating ceramics, a metal that has been subjected to an insulating process by coating an insulating material, and the like.

4つの拘束部材40は、積層体10の積層方向に沿う4つの側面の端部である4か所の角部を覆うように、積層体10の積層方向に沿う側面と絶縁体50の内面との間に配置されたL字型の部材である。拘束部材40は、積層体10に含まれる各単電池11の動きを抑制するための拘束機能、及び、燃料電池に対する衝撃や振動を抑制し、耐衝撃性や耐振動性を高めるための緩衝機能を発揮する部材である。ケース60の内面が絶縁材料の塗工等により絶縁処理が施されている場合やケース60が絶縁性部材で形成されている場合には、絶縁体50は省略可能であり、その場合、拘束部材40は、積層体10の積層方向に沿う側面とケース60の内面との間に設置される。なお、4つの拘束部材40は、後述するように、積層体10がケース60内に収容された後にケース側面62に設けられた4つの挿入孔65から挿入されて設置される。   The four restraining members 40 are arranged such that the side surfaces along the stacking direction of the stacked body 10 and the inner surface of the insulator 50 cover the four corners that are the ends of the four side surfaces along the stacking direction of the stacked body 10. It is the L-shaped member arrange | positioned between. The restraining member 40 is a restraining function for suppressing the movement of each unit cell 11 included in the laminate 10 and a buffering function for suppressing impact and vibration on the fuel cell and improving impact resistance and vibration resistance. It is a member that exhibits When the inner surface of the case 60 is insulated by application of an insulating material or the like, or when the case 60 is formed of an insulating member, the insulator 50 can be omitted. 40 is installed between the side surface along the stacking direction of the stacked body 10 and the inner surface of the case 60. As will be described later, the four restraining members 40 are installed by being inserted from the four insertion holes 65 provided in the case side surface 62 after the stacked body 10 is accommodated in the case 60.

開口部61に対向するケース側面62には、ネジ穴63や挿入孔65の他に2つの貫通孔67が設けられている。各挿入孔65には挿入孔を閉じるための挿入カバー66が装着されており、各貫通孔67には換気カバー68が装着されている。なお、2つの貫通孔67は、後述するように、2つのエンドプレート20A,20Bで挟持された積層体10のケース60への締結において、プレッシャープレート30を押圧するための加圧シャフトの挿入孔として利用される。   In addition to the screw hole 63 and the insertion hole 65, two through holes 67 are provided on the case side surface 62 facing the opening 61. Each insertion hole 65 is provided with an insertion cover 66 for closing the insertion hole, and each through hole 67 is provided with a ventilation cover 68. Note that the two through holes 67 are, as will be described later, insertion holes for pressure shafts for pressing the pressure plate 30 when the laminated body 10 sandwiched between the two end plates 20A and 20B is fastened to the case 60. Used as

図3は、2つのエンドプレート20A,20Bで挟持された積層体10のケース60内への収容及び締結の方法を示す説明図である。図3は、図示の便宜上、積層体10を覆うケース60及び絶縁体50の紙面手前側の側面(図1のY方向の手前側の側面に対応)を破断した状態を模式的に示している。   FIG. 3 is an explanatory view showing a method for housing and fastening the laminated body 10 sandwiched between the two end plates 20A and 20B into the case 60. As shown in FIG. FIG. 3 schematically shows a state in which the side surface (corresponding to the front side surface in the Y direction in FIG. 1) of the case 60 and the insulator 50 covering the laminated body 10 is broken for convenience of illustration. .

図3(A)に示すように、締結治具の支持部92で第1のエンドプレート20Aを支持し、2つのエンドプレート20A,20Bで挟持された積層体10を、支持部92とプレッシャープレート30とで挟持した状態で、加圧シャフト94によってプレッシャープレート30側から押圧する。加圧シャフト94は、不図示の搬送治具に載置されたケース60の貫通孔67を介してプレッシャープレート30を押圧する。ケース60にはあらかじめ絶縁体50がケース60の内面に接するように配置されている。これにより、2つのエンドプレート20A,20Bで挟持された積層体10に、設定した所定の荷重(例えば、10kN〜100kNの範囲内の荷重)が付与される。   As shown in FIG. 3A, the first end plate 20A is supported by the support portion 92 of the fastening jig, and the laminate 10 sandwiched between the two end plates 20A and 20B is connected to the support portion 92 and the pressure plate. 30, and pressed from the pressure plate 30 side by the pressure shaft 94. The pressure shaft 94 presses the pressure plate 30 through the through hole 67 of the case 60 placed on a conveyance jig (not shown). The insulator 50 is disposed in advance in the case 60 so as to contact the inner surface of the case 60. Thereby, the set predetermined load (for example, a load within a range of 10 kN to 100 kN) is applied to the stacked body 10 sandwiched between the two end plates 20A and 20B.

荷重が付与された状態を維持したまま、図3(B)に示すように、搬送治具に載置されたケース60を、開口部61の外側のフランジ69が第1のエンドプレート20Aのフランジ21に接触するまで移動させ、第1のエンドプレート20Aとケース60とをボルト70で締結する。そして、ケース60の開口部61と対向するケース側面62のネジ穴63に荷重調整ネジ64をプレッシャープレート30に接触するまでネジ込むことにより、加圧シャフト94による荷重の付与を無くした後も、その荷重を荷重調整ネジ64によって維持させた状態とすることができる。これにより、2つのエンドプレート20A,20Bで挟持された積層体10をケース60内に収容するとともに、ケース60に締結することができる。なお、以下では、2つのエンドプレート20A,20Bで挟持された積層体10がケース60内に収容されてケース60に締結されているが、まだ拘束部材40が設置されていない状態の構造体を「非拘束締結体80」とも呼ぶ。   While maintaining the state where the load is applied, as shown in FIG. 3B, the flange 60 on the outer side of the opening 61 is the flange of the first end plate 20A. The first end plate 20 </ b> A and the case 60 are fastened with bolts 70 until they come into contact with 21. Then, after the load adjustment screw 64 is screwed into the screw hole 63 of the case side surface 62 facing the opening 61 of the case 60 until it contacts the pressure plate 30, the load applied by the pressure shaft 94 is eliminated, The load can be maintained by the load adjusting screw 64. Thereby, the laminate 10 sandwiched between the two end plates 20 </ b> A and 20 </ b> B can be accommodated in the case 60 and fastened to the case 60. In the following, the laminated body 10 sandwiched between the two end plates 20A and 20B is housed in the case 60 and fastened to the case 60, but the structure in a state where the restraining member 40 is not yet installed. It is also called “unconstrained fastening body 80”.

図4は非拘束締結体80中に拘束部材40を配置する方法を示す説明図である。図4(A)に示すように、非拘束締結体80及び4つの拘束部材40を加圧容器110内に配置する。なお、図4(A)は、図示の便宜上、非拘束締結体80を覆うケース60及び絶縁体50の紙面手前側の側面(図1のY方向の手前側の側面に対応)で破断した状態を模式的に示している。   FIG. 4 is an explanatory view showing a method of arranging the restraining member 40 in the unconstrained fastening body 80. As shown in FIG. 4A, the unconstrained fastening body 80 and the four restraining members 40 are arranged in the pressurized container 110. 4A is a state in which the case 60 covering the unconstrained fastening body 80 and the side surface on the front side of the paper surface of the insulator 50 (corresponding to the front side surface in the Y direction in FIG. 1) are broken for convenience of illustration. Is schematically shown.

拘束部材40は、上記したように、積層体10の各単電池11の動きを拘束する拘束機能および衝撃や振動を抑制する緩衝機能を発揮する部材である。また、拘束部材40は、さらに、加圧によって体積が収縮する性質を有する部材である。この拘束部材40としては、連結していない孔を有する多孔質性で、かつ、ダイラタンシー特性を有する種々の部材を用いることができる。「ダイラタンシー特性」とは、非線形粘弾性の一種であり、急激な外力に対し固体のように振る舞い、ゆっくりとした外力に対し液体のように振る舞う特性、例えば、瞬間的に大きな衝撃が加わったときに硬化するような特性を言う。   As described above, the restraining member 40 is a member that exhibits a restraining function for restraining the movement of each unit cell 11 of the stacked body 10 and a buffering function for restraining impact and vibration. Further, the restraining member 40 is a member having a property that the volume is contracted by pressurization. As the restraining member 40, various members having porous and dilatancy characteristics having unconnected pores can be used. “Dilatancy characteristics” is a type of nonlinear viscoelasticity that behaves like a solid against a sudden external force and acts like a liquid against a slow external force, for example, when a large impact is applied instantaneously. It has such a characteristic that it hardens.

一例として、拘束部材40は、ダイラタンシー特性を付与するポリマーベース材料や有機材料を含有した多孔質材料からなる部材を用いることができる。例えば、拘束部材40は、ポリウレタン発泡体又はセルロース発泡体等の気泡発泡体の空孔中に、ダイラタンシー特性を付与するポリマーベース材料を含有させた複合材料で構成することができる。   As an example, the constraining member 40 can be a member made of a polymer base material that imparts dilatancy characteristics or a porous material containing an organic material. For example, the restraining member 40 can be composed of a composite material in which a polymer base material that imparts dilatancy characteristics is contained in pores of a cellular foam such as a polyurethane foam or a cellulose foam.

ダイラタンシー特性を付与するポリマーベース材料としては、例えば、シリコーン・バウンシング・パテ(silicon bouncing putties)が挙げられる。ここで、シリコーン・バウンシング・パテは、ジメチルシロキサンをホウ酸を触媒として重合してなるホウ素含有シロキサンポリマーである。この材料は、変形速度に敏感な、せん断増粘性の材料であり、低速のひずみ変形では粘性流になるが、高速のひずみ変形では、十分な粘度上昇を果たす。   Examples of the polymer base material that imparts dilatancy characteristics include silicone bouncing putties. Here, the silicone bouncing putty is a boron-containing siloxane polymer obtained by polymerizing dimethylsiloxane using boric acid as a catalyst. This material is a shear-thickening material that is sensitive to deformation speed, and becomes a viscous flow at low-speed strain deformation, but sufficiently increases viscosity at high-speed strain deformation.

また、ダイラタンシー特性を付与する有機材料としては、例えば、粘性流体中の固体粒子の分散液とした液状もしくはゲル状の物質が挙げられる。有機材料は、樹脂材料を、中空体または発泡体の多孔質体に加工することにより、樹脂内部にダイラタンシー特性を付与する有機材料を内封させることにより拘束部材40として用いることができる。なお、拘束部材40として用いられるダイラタンシー特性を付与するポリマーベース材料または有機物質を含有した多孔質材料については、例えば、国際公開2012/081173号に記載されており、その開示内容は参照により組み込まれる。   In addition, examples of the organic material imparting dilatancy characteristics include a liquid or gel substance that is a dispersion of solid particles in a viscous fluid. The organic material can be used as the restraining member 40 by encapsulating an organic material imparting dilatancy characteristics inside the resin by processing the resin material into a hollow body or a porous body of foam. The polymer-based material imparting dilatancy characteristics or the porous material containing an organic substance used as the restraining member 40 is described in, for example, International Publication No. 2012/081173, the disclosure of which is incorporated by reference. .

ケース60に収容されていない状態における拘束部材40の厚さは、通常の燃料電池の使用環境である大気圧条件下(900hpa〜1100hpa(0.88atm〜1.08atm))の状態(以下、「常圧状態」とも呼ぶ)において、非拘束締結体80の積層体10とケース60の内面(具体的には、ケース60の内面に接するように配置された絶縁体50の内面)との間の隙間81の長さ以上の厚さに設定されている。   The thickness of the restraining member 40 in a state where it is not accommodated in the case 60 is a state (hereinafter, “900 hpa to 1100 hpa (0.88 atm to 1.08 atm)) under atmospheric pressure, which is a normal use environment of the fuel cell. (Also referred to as “normal pressure state”) between the laminate 10 of the unconstrained fastening body 80 and the inner surface of the case 60 (specifically, the inner surface of the insulator 50 disposed so as to contact the inner surface of the case 60). The thickness is set to be equal to or greater than the length of the gap 81.

そして、拘束部材40を非拘束締結体80中に配置する場合には、加圧容器110内を大気圧条件下よりも高い所定の加圧条件下(例えば、1115hpa〜2027hpa(1.1atm〜2atm))の加圧状態とする。この場合、加圧容器110内に配置された拘束部材40は圧縮されて、拘束部材40の厚さは隙間81よりも薄くなる。これにより、拘束部材40をケース側面62の挿入孔65から挿入して、図4(B)に示すように、隙間81に拘束部材40を配置することができる。なお、図4(B)は、図示の便宜上、ケース60のケース側面62を破断し、荷重調整ネジ64を省略した状態で模式的に示している。但し、ケース側面62からの拘束部材40の挿入位置を示すために、ケース側面62に設けられた挿入孔65については破線枠で示している。なお、拘束部材40の挿入や抜出は、拘束部材40を把持するとともに、拘束部材40を挿入孔65から隙間81へ挿入するための不図示の挿入ロボットハンドによって実行される。   When the restraining member 40 is disposed in the unconstrained fastening body 80, the inside of the pressurization container 110 is subjected to predetermined pressurization conditions higher than atmospheric pressure conditions (for example, 1115 hpa to 2027 hpa (1.1 atm to 2 atm). )) Under pressure. In this case, the restraining member 40 disposed in the pressurized container 110 is compressed, and the thickness of the restraining member 40 becomes thinner than the gap 81. Thereby, the restraint member 40 can be inserted from the insertion hole 65 of the case side face 62, and the restraint member 40 can be arrange | positioned in the clearance gap 81, as shown to FIG. 4 (B). 4B schematically shows the case 60 with the case side face 62 broken and the load adjusting screw 64 omitted for convenience of illustration. However, in order to indicate the insertion position of the restraining member 40 from the case side surface 62, the insertion hole 65 provided in the case side surface 62 is indicated by a broken line frame. The insertion and removal of the restraining member 40 is performed by an insertion robot hand (not shown) for grasping the restraining member 40 and inserting the restraining member 40 into the gap 81 from the insertion hole 65.

図5は、非拘束締結体80中に配置された拘束部材40によって積層体10を拘束する方法を示す説明図である。なお、図5(A)は、図4(A)と同様に、図示の便宜上、拘束部材40を配置済みの非拘束締結体80を、ケース60及び絶縁体50の紙面手前側の側面(図1のY方向の手前側の側面に対応)で破断した状態を模式的に示している。また、図5(B)は、図4(B)と同様に、図示の便宜上、ケース60のケース側面62を破断し、荷重調整ネジ64を省略した状態で模式的に示している。   FIG. 5 is an explanatory view showing a method of restraining the laminated body 10 by the restraining member 40 arranged in the unconstrained fastening body 80. 5A, similarly to FIG. 4A, for convenience of illustration, the non-restraining fastening body 80 on which the restraining member 40 has already been disposed is connected to the side surface of the front side of the case 60 and the insulator 50 (FIG. 5A). 1 schematically corresponds to the front side surface in the Y direction. FIG. 5B schematically shows the case side surface 62 of the case 60 with the load adjustment screw 64 omitted for convenience of illustration, as in FIG. 4B.

図4で説明したように拘束部材40を隙間81に配置した後、加圧容器110の加圧状態を止めて、大気圧条件下の常圧状態に戻すと、圧縮されていた拘束部材40は膨張する。上記したように、常圧状態での拘束部材40の厚さは隙間81以上に設定されているので、図5(A)及び図5(B)に示すように、隙間81が拘束部材40で埋められる。これにより、拘束部材40の拘束機能によって積層体10を拘束して各単電池の動きを抑制し、緩衝機能によって衝撃や振動を抑制し、耐衝撃性や耐振動性を確保した燃料電池100(図1)を得ることができる。   As described with reference to FIG. 4, after the restraint member 40 is disposed in the gap 81, when the pressurized state of the pressurized container 110 is stopped and returned to the normal pressure state under the atmospheric pressure condition, the compressed restraint member 40 is Inflate. As described above, since the thickness of the restraining member 40 in the normal pressure state is set to be equal to or larger than the gap 81, the gap 81 is formed by the restraining member 40 as shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B). Buried. Thereby, the laminate 10 is restrained by the restraining function of the restraining member 40 to suppress the movement of each unit cell, the shock and vibration are restrained by the buffering function, and the fuel cell 100 (impact resistance and vibration resistance is ensured). FIG. 1) can be obtained.

ここで、従来、拘束部材の組み付けは、積層体をケースに収容してケースに積層体を締結する前に、積層体上に拘束部材を配置し、ケースの内面で拘束部材を押しつぶしながらケースに積層体を収容して締結することにより行われていた。このため、ケースの内面から拘束部材に加わる押圧力によって積層体に含まれる部材、例えば、単電池を構成する部材(MEA,セパレータ)等が変形する、という問題があった。また、拘束部材を交換する際に、ケースの組み付けを解除することが要求される、という問題があった。また、課題で説明したように、燃料電池が低温の状態において、拘束能力が低下して、各単電池の動きを抑制することができない、という問題があった。   Here, conventionally, the restraint member is assembled by placing the restraint member on the laminate before the laminate is accommodated in the case and fastening the laminate to the case, and crushing the restraint member on the inner surface of the case. This was done by accommodating and fastening the laminate. For this reason, there has been a problem that a member included in the laminate, for example, a member (MEA, separator) constituting the unit cell is deformed by the pressing force applied to the restraining member from the inner surface of the case. In addition, when replacing the restraining member, there is a problem that it is required to release the assembly of the case. In addition, as described in the problem, there is a problem that when the fuel cell is in a low temperature state, the restraining ability is reduced and the movement of each unit cell cannot be suppressed.

しかしながら、上記実施形態の場合には、ケース60を第1のエンドプレート20Aに締結して、2つのエンドプレート20A,20Bで挟持された積層体10をケース60内に収容した後、加圧状態で圧縮された拘束部材40をケース60の外部から挿入して積層体10上に配置する。そして、加圧状態を常圧状態に戻して拘束部材40を膨張させて、積層体10とケース60の内面(具体的には絶縁体50の内面)との間の隙間81を拘束部材40で埋めて、積層体10の拘束を実現している。このため、上記のように、ケースに積層体を収容する際に拘束部材に加わる押圧力によって積層体に含まれる部材、単電池11を構成する部材等が変形することを抑制することができる。また、温度環境に関係なく積層体を拘束することができるとともに、積層体に含まれる複数の単電池の動きを抑制することができ、燃料電池の耐衝撃性や耐振動性を向上させることができる。   However, in the case of the above-described embodiment, the case 60 is fastened to the first end plate 20A and the stacked body 10 sandwiched between the two end plates 20A and 20B is accommodated in the case 60, and then in a pressurized state. The constraining member 40 compressed in the above is inserted from the outside of the case 60 and disposed on the laminate 10. Then, the pressurized state is returned to the normal pressure state, and the restraining member 40 is expanded, so that the gap 81 between the laminated body 10 and the inner surface of the case 60 (specifically, the inner surface of the insulator 50) is formed by the restraining member 40. It is buried and the restraint of the laminated body 10 is realized. For this reason, it can suppress that the member contained in a laminated body, the member which comprises the unit cell 11, etc. deform | transform by the pressing force added to a restraint member when accommodating a laminated body in a case as mentioned above. In addition, the stack can be restrained regardless of the temperature environment, the movement of a plurality of single cells included in the stack can be suppressed, and the impact resistance and vibration resistance of the fuel cell can be improved. it can.

また、拘束部材40を交換する場合、燃料電池100を加圧容器110に配置して、加圧状態とすれば、拘束部材40を圧縮して挿入孔65から容易に抜き出すことが可能である。従って、上記のように、ケースの組み付けを解除することなく、容易に拘束部材40の交換が可能である。   Further, when replacing the restraint member 40, the restraint member 40 can be compressed and easily removed from the insertion hole 65 if the fuel cell 100 is placed in the pressurized container 110 and brought into a pressurized state. Therefore, as described above, the restraining member 40 can be easily replaced without releasing the case assembly.

B.変形例:
上記実施形態では、積層体10の角部を覆うように4つの拘束部材40を設けた場合を例に示したが、これに限定されるものではない。例えば、積層体10の積層方向に沿う4つの側面にそれぞれ拘束部材が設けられた構成としてもよい。また、積層体10の対向する2つの側面にそれぞれ拘束部材が設けられた構成としてもよい。また、積層体10のいずれか一つの側面に拘束部材が設けられた構成としてもよい。
B. Variations:
In the said embodiment, although the case where the four restraint members 40 were provided so that the corner | angular part of the laminated body 10 might be covered was shown as an example, it is not limited to this. For example, it is good also as a structure by which the constraining member was each provided in four side surfaces along the lamination direction of the laminated body 10. FIG. Moreover, it is good also as a structure by which the constraining member was each provided in the two opposing side surfaces of the laminated body 10. FIG. Moreover, it is good also as a structure by which the constraining member was provided in any one side surface of the laminated body 10. FIG.

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

10…積層体
11…単電池
12…集電板
13…絶縁板
20A,20B…エンドプレート
21…フランジ
30…プレッシャープレート
40…拘束部材
50…絶縁体
60…ケース
61…開口部
62…ケース側面
63…ネジ穴
64…荷重調整ネジ
65…挿入孔
66…挿入カバー
67…貫通孔
68…換気カバー
69…フランジ
70…ボルト
80…非拘束締結体
81…隙間
92…支持部
94…加圧シャフト
100…燃料電池
110…加圧容器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laminated body 11 ... Single cell 12 ... Current collecting plate 13 ... Insulating plate 20A, 20B ... End plate 21 ... Flange 30 ... Pressure plate 40 ... Restraining member 50 ... Insulator 60 ... Case 61 ... Opening 62 ... Case side surface 63 ... Screw hole 64 ... Load adjusting screw 65 ... Insertion hole 66 ... Insertion cover 67 ... Through hole 68 ... Ventilation cover 69 ... Flange 70 ... Bolt 80 ... Unrestrained fastening body 81 ... Gap 92 ... Support part 94 ... Pressure shaft 100 ... Fuel cell 110 ... Pressurized container

Claims (1)

積層された複数の単電池を含む積層体がケースに収容された燃料電池であって、
前記積層体の積層方向に沿う側面と前記ケースの内面との間に配置された拘束部材を備え、
前記ケースに収容されていない状態における前記拘束部材の厚さは、大気圧条件よりも高い所定の加圧条件の下において前記積層体の前記側面と前記ケースの前記内面との間の隙間未満であり、前記大気圧条件の下において前記隙間以上である、
ことを特徴とする燃料電池。
A fuel cell in which a laminate including a plurality of unit cells stacked is housed in a case,
A restraining member disposed between a side surface along the stacking direction of the laminate and an inner surface of the case;
The thickness of the restraining member in a state not accommodated in the case is less than a gap between the side surface of the laminate and the inner surface of the case under a predetermined pressurizing condition higher than an atmospheric pressure condition. Yes, and above the gap under the atmospheric pressure condition,
The fuel cell characterized by the above-mentioned.
JP2015074906A 2015-04-01 2015-04-01 Fuel cell Pending JP2016195065A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015074906A JP2016195065A (en) 2015-04-01 2015-04-01 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015074906A JP2016195065A (en) 2015-04-01 2015-04-01 Fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016195065A true JP2016195065A (en) 2016-11-17

Family

ID=57323879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015074906A Pending JP2016195065A (en) 2015-04-01 2015-04-01 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016195065A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018098031A (en) * 2016-12-13 2018-06-21 トヨタ自動車株式会社 Inspection device for fuel battery stack
JP2018152159A (en) * 2017-03-09 2018-09-27 トヨタ自動車株式会社 Checker for fuel cell
JP2021002515A (en) * 2019-06-20 2021-01-07 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018098031A (en) * 2016-12-13 2018-06-21 トヨタ自動車株式会社 Inspection device for fuel battery stack
JP2018152159A (en) * 2017-03-09 2018-09-27 トヨタ自動車株式会社 Checker for fuel cell
JP2021002515A (en) * 2019-06-20 2021-01-07 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack
JP7075962B2 (en) 2019-06-20 2022-05-26 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2006328781B2 (en) Method for manufacturing membrane electrode assembly and reinforced electrolyte membrane in polymer electrolyte fuel cell, and membrane electrode assembly and reinforced electrolyte membrane obtained by the manufacturing method
JP2009170687A (en) Electrochemical power storage element module
JP2009099383A (en) Pressurization structure of laminate
JP2013149595A (en) Fuel battery stack
JPWO2012073271A1 (en) FUEL CELL MANUFACTURING METHOD, FUEL CELL MANUFACTURING DEVICE, AND FUEL CELL
EP3780142A1 (en) Partition member and assembled battery
JP6100000B2 (en) Fuel cell stack
JP2016195065A (en) Fuel cell
JP2019114473A (en) Fuel cell unit and fuel cell vehicle
JP6252415B2 (en) Manufacturing method of fuel cell stack
JP5879239B2 (en) In-vehicle fuel cell system
JP5881594B2 (en) Fuel cell stack and manufacturing method thereof
JP5194392B2 (en) Fuel cell stack
JP2019192503A (en) Fuel cell and manufacturing method thereof
CN114981907A (en) Electricity storage device
WO2018154656A1 (en) Flat plate type electrochemical cell stack
CN113013534A (en) Separator and solid battery module
WO2008133256A1 (en) Fastening structure for fuel cell stack
US9450263B2 (en) Engaging structure of fuel cell stack
US11600844B2 (en) Solid-state battery cell and solid-state battery module
JP4564273B2 (en) Fuel cell stack
WO2017154999A1 (en) Battery pack
JP2012182092A (en) Fuel cell stack
JP2014239014A (en) Fuel battery stack
JP2015225809A (en) Fuel battery mounted vehicle