JP2019140064A - 燃料電池スタックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造の所要時間を短縮することができる燃料電池スタックの製造方法を提供する。【解決手段】 燃料電池スタックの製造方法は、第１エンドプレートに複数の燃料電池を積層する工程と、外周に沿って複数の凸部が設けられたプレッシャープレートを、各凸部が正面視で燃料電池の積層体の側面より外側に突出するように積層体に重ねる工程と、第１エンドプレートとプレッシャープレート間で積層体が加圧されるように各凸部を押圧する工程と、各凸部を押圧したまま、積層体の積層方向の長さを測定する工程と、各凸部を押圧したまま、測定長に応じた厚みの調整プレートをプレッシャープレートに重ねる工程と、各凸部を押圧したまま、第１エンドプレートとの間に積層体、プレッシャープレート、及び調整プレートを挟み込むように第２エンドプレートを第１エンドプレートに対して固定する工程とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池スタックの製造方法に関する。

燃料電池スタックの製造では、一対のエンドプレートの間に複数の燃料電池（単セル）を積層したセル積層体が挟み込まれる。各燃料電池の厚みには、例えばＭＥＧＡ内のガス拡散層の厚みの誤差によりばらつきがある。

このため、燃料電池スタックの積層方向の長さのばらつきが低減されるように、一対のエンドプレートの間に、適切な厚みのシムプレート（シム部材）が設けられる。例えば特許文献１には、燃料電池を半数だけ積層した段階でいったんエンドプレート同士を締結し、その段階での半数の燃料電池の長さを測定しておき、その測定値からセル積層体の長さを推定し、その推定値に応じてシム部材の厚さを決定する点が記載されている。

特開２０１６−６２８５２号公報

しかし、特許文献１の技術によると、燃料電池を半数だけ積層した段階で燃料電池の長さを測定した後、残りの燃料電池を積層するためにエンドプレート同士の結合を解除する必要があるので、燃料電池スタックの製造に長い時間がかかる。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、製造の所要時間を短縮することができる燃料電池スタックの製造方法を提供することを目的とする。

本明細書に記載の燃料電池スタックの製造方法は、第１エンドプレートに複数の燃料電池を積層する工程と、外周に沿って複数の凸部が設けられたプレッシャープレートを、前記複数の凸部が正面視で前記複数の燃料電池の積層体の側面より外側に突出するように前記積層体に重ねる工程と、前記第１エンドプレートと前記プレッシャープレートの間で前記積層体が加圧されるように前記複数の凸部をそれぞれ押圧する工程と、前記複数の凸部をそれぞれ押圧したまま、前記積層体の積層方向の長さを測定する工程と、前記複数の凸部をそれぞれ押圧したまま、測定した前記長さに応じた厚みの調整プレートを前記プレッシャープレートに重ねる工程と、前記複数の凸部をそれぞれ押圧したまま、前記第１エンドプレートとの間に前記積層体、前記プレッシャープレート、及び前記調整プレートを挟み込むように第２エンドプレートを前記第１エンドプレートに対して固定する工程とを有する。

上記の方法において、前記複数の凸部をそれぞれ押圧する工程は、前記第１エンドプレート側から前記積層方向に沿って延びる複数のアームを前記複数の凸部にそれぞれ係合させることと、前記複数のアームを前記積層方向に沿って前記第１エンドプレート側にそれぞれ移動させることにより前記複数の凸部をそれぞれ押圧することを含んでもよい。

上記の方法において、前記第２エンドプレートを前記第１エンドプレートに対して固定する工程は、前記積層方向にそれぞれ延びる複数の固定部材を前記複数の凸部の間にそれぞれ配置することと、前記第２エンドプレートを、前記複数の固定部材を介して前記第１エンドプレートに接続することにより固定することとを含んでもよい。

上記の方法において、前記調整プレートを前記プレッシャープレートに重ねる工程は、厚みの相違する複数のプレートから、測定した前記長さに応じた厚みの前記調整プレートを選択して前記プレッシャープレートに重ねることを含んでもよい。

本明細書に記載の他の燃料電池スタックの製造方法は、第１エンドプレートに複数の燃料電池を積層する工程と、プレッシャープレートを前記複数の燃料電池の積層体に重ねる工程と、前記第１エンドプレートと前記プレッシャープレートの間で前記積層体が加圧されるように前記プレッシャープレートの複数の端部をそれぞれ押圧する工程と、前記複数の端部をそれぞれ押圧したまま、前記積層体の積層方向の長さを測定する工程と、測定した前記長さに応じた厚みを有し、複数の切り欠きを有する調整プレートを、前記複数の端部をそれぞれ押圧したまま、前記複数の切り欠きが前記複数の端部にそれぞれ一致するように前記プレッシャープレートに重ねる工程と、前記複数の端部をそれぞれ押圧したまま、前記第１エンドプレートとの間に前記積層体、前記プレッシャープレート、及び前記調整プレートを挟み込むように第２エンドプレートを前記第１エンドプレートに対して固定する工程とを有する。

上記の方法において、前記第２エンドプレートを前記第１エンドプレートに対して固定する工程は、前記第２エンドプレートを、前記第２エンドプレートの外周に沿って設けられた複数の凹部が前記複数の切り欠きにそれぞれ一致するように前記調整プレートに重ねることを含んでもよい。

上記の方法において、前記複数の端部をそれぞれ押圧する工程は、前記第１エンドプレート側から前記積層方向に沿って延びる複数のアームを前記複数の端部にそれぞれ係合させることと、前記複数のアームを前記積層方向に沿って前記第１エンドプレート側にそれぞれ移動させることにより前記複数の凸部をそれぞれ押圧することとを含んでもよい。

上記の方法において、前記調整プレートを前記プレッシャープレートに重ねる工程は、厚みの相違する複数のプレートから、測定した前記長さに応じた厚みの前記調整プレートを選択して前記プレッシャープレートに重ねることを含んでもよい。

本発明によれば、燃料電池スタックの製造の所要時間を短縮することができる。

第１実施例の製造方法により製造される燃料電池スタックの一例を示す斜視図である。 燃料電池、プレッシャープレート、及びシムプレートの一例を示す平面図である。 上部エンドプレート及び下部エンドプレートの一例を示す平面図である。 燃料電池スタックの製造工程の一例を示すフローチャートである。 下部エンドプレートにセル積層体及びプレッシャープレートを積層する工程の一例を示す斜視図である。 プレッシャープレートを押圧する工程の一例を示す斜視図である。 シムプレートをプレッシャープレートに重ねる工程の一例を示す斜視図である。 上部エンドプレートを下部エンドプレートに対して固定する工程の一例を示す斜視図である。 燃料電池スタックの製造装置の一例を示す斜視図である。 第２実施例の製造方法により製造される燃料電池スタックの一例を示す斜視図である。 プレッシャープレート及びシムプレートの一例を示す平面図である。 上部エンドプレート及び下部エンドプレートの一例を示す平面図である。 下部エンドプレートにセル積層体及びプレッシャープレートを積層する工程の他の例を示す斜視図である プレッシャープレートを押圧する工程の一例を示す斜視図である。 シムプレートをプレッシャープレートに重ねる工程の一例を示す斜視図である。 上部エンドプレートを下部エンドプレートに対して固定する工程の一例を示す図である。

（第１実施例）
図１は、第１実施例の製造方法により製造される燃料電池スタック１の一例を示す斜視図である。図１において、紙面の上部を鉛直方向の上部とし、紙面の下部を鉛直方向の下部とする。

燃料電池スタック１は、水素ガスなどの燃料ガスと空気などの酸化剤ガスを電気化学反応させることにより発電する。燃料電池スタック１は、例えば燃料電池車に搭載され、そのモータを駆動するための電力を供給する。なお、燃料電池スタック１の用途は、燃料電池車などの自動車に限定されず、電力を必要とする他の装置にも用いられる。

燃料電池スタック１は、単セルとしての複数の燃料電池２、プレッシャープレート３、調整プレートの一例であるシムプレート４、第１エンドプレートの一例である下部エンドプレート６、第２エンドプレートの一例である上部エンドプレート５、絶縁プレート７０，７１、複数の固定部材の一例である複数の締結バー８０を有する。複数の燃料電池２は積層方向Ｄに積層されてセル積層体２ｓを構成する。セル積層体２ｓは積層体の一例である。

下部エンドプレート６の上には、絶縁プレート７０、セル積層体２ｓ、絶縁プレート７１、プレッシャープレート３、及びシムプレート４が、この順に積層されている。上部エンドプレート５は、セル積層体２ｓの側面において積層方向Ｄに延びる締結バー８０を介して下部エンドプレート６に締結されている。このとき、上部エンドプレート５は、その外周沿いの複数箇所においてボルト８１により締結バー８０に締結され、下部エンドプレート６も、上部エンドプレート５と同様にボルト（不図示）により締結バー８０に締結されている。

これにより、上部エンドプレート５は、下部エンドプレート６に対して固定されている。上部エンドプレート５と下部エンドプレート６の間には、絶縁プレート７０、セル積層体２ｓ、プレッシャープレート３、シムプレート４、及び絶縁プレート７１が挟まれている。

また、上部エンドプレート５、絶縁プレート７０、セル積層体２ｓ、プレッシャープレート３、シムプレート４、及び絶縁プレート７１は、不図示のカバー部材によりおおわれる。下部エンドプレート６には、その外周沿いにカバー部材を締結するためのネジ穴６６が設けられている。

燃料電池スタック１には、図示を省略するが、絶縁プレート７０、セル積層体２ｓ、及び下部エンドプレート６を貫通するアノード入口マニホルド、アノード出口マニホルド、カソード入口マニホルド、カソード出口マニホルド、冷却媒体入口マニホルド、及び冷却媒体出口マニホルドが設けられている。

燃料ガスは、アノード入口マニホルドから各燃料電池２に供給され発電に用いられる。燃料オフガスは、各燃料電池２からアノード出口マニホルドを通り燃料電池スタック１の外部に排出される。

酸化剤ガスは、カソード入口マニホルドから各燃料電池２に供給され発電に用いられる。酸化剤オフガスは、各燃料電池２からカソード出口マニホルドを通り燃料電池スタック１の外部に排出される。

水などの冷却媒体は、冷却媒体入口マニホルドから各燃料電池２に供給され冷却に用いられる。使用済みの冷却媒体は、各燃料電池２から冷却媒体出口マニホルドを通り燃料電池スタック１の外部に排出される。

図２は、燃料電池２、プレッシャープレート３、及びシムプレート４の一例を示す平面図である。図２には、積層方向Ｄにおいて、上部から燃料電池２、プレッシャープレート３、及びシムプレート４を平面視したときの形状が示されている。

燃料電池２は、燃料電池スタック１の外部から供給された燃料ガス及び酸化剤ガスから発電を行う。燃料電池２は、略矩形形状を有し、開口２０〜２５及び発電領域２６が設けられている。開口２０〜２５は、それぞれ、アノード入口マニホルド、冷却媒体出口マニホルド、カソード出口マニホルド、カソード入口マニホルド、冷却媒体入口マニホルド、及びアノード出口マニホルドの一部である。開口２０〜２２と開口２３〜２５は、発電領域２６を挟んで互いに反対側の端部に並んで設けられている。

燃料電池２には、図示を省略するが、例えば金属板により形成された一対のセパレータ、及び各セパレータに挟まれたＭＥＧＡ（Membrane-Electrode-Gas diffusion layer Assembly）を有する。発電領域２６は、ＭＥＧＡが発電を行う有効領域である。

プレッシャープレート３は、略矩形形状を有し、燃料電池スタック１の製造時、押圧されることにより、セル積層体２ｓを下部エンドプレート６に向けて加圧する。このため、プレッシャープレート３は剛性を有し、その積層方向Ｄの厚さは、燃料電池２及びシムプレート４より厚い。

また、プレッシャープレート３には、その外周に沿って複数の凸部３６が設けられている。各凸部３６は、プレッシャープレート３の側面から外側に向かって突出している。各凸部３６には、燃料電池スタック１の製造時、押圧用のアームが係合する。

凸部３６は、対向する一組の辺のそれぞれの同じ位置に同じ数だけ設けられている。このため、押圧時にプレッシャープレート３を好適に水平に維持することができるが、凸部３６の配置形態及び数に限定はない。

また、互いに隣接する凸部３６同士の間には空間３７が存在する。燃料電池スタック１において、この空間３７には、点線で示されるように締結バー８０が配置されている。このように、凸部３６同士の間の空間３７が有効に利用されているため、燃料電池スタック１の大型化が抑制される。

プレッシャープレート３のサイズは、各凸部３６を除けば、各燃料電池２のサイズと実質的に等しく、燃料電池スタック１において、プレッシャープレート３の凸部３６を除いた領域は燃料電池２に重なる。

シムプレート４は、略矩形形状を有し、燃料電池スタック１の積層方向Ｄの高さを調整するために適切な厚みを有する。シムプレート４は、厚みの相違する複数の種類が存在し、燃料電池スタック１の製造では、プレッシャープレート３の押圧時のセル積層体２ｓの積層方向Ｄの長さに応じて適切な厚みのシムプレート４が選択される。

シムプレート４のサイズは、プレッシャープレート３から各凸部３６を除いたときのサイズと実質的に等しく、燃料電池スタック１において、プレッシャープレート３から各凸部３６を除いた領域に重なる。シムプレート４は、プレッシャープレート３より剛性が低い。

図３は、上部エンドプレート５及び下部エンドプレート６の一例を示す平面図である。図３には、積層方向Ｄにおいて、上部から上部エンドプレート５及び下部エンドプレート６を平面視したときの形状が示されている。

上部エンドプレート５は、略矩形形状を有し、その外周に沿って複数の張り出し部５６が設けられている。各張り出し部５６は、プレッシャープレート３の各凸部３６と重ならない位置に設けられている。各張り出し部５６は、外側に向かって張り出し、一対のネジ穴５７を有する。各ネジ穴５７は、ボルト８１と螺合されることにより上部エンドプレート５を締結バー８０に締結する。

下部エンドプレート６は、略矩形形状を有し、その外周に沿って複数のネジ穴６６が設けられている。また、下部エンドプレート６は、上部エンドプレート５のネジ穴５７と重なる位置にネジ穴６７が設けられている。各ネジ穴６７は、ボルトと螺合されることにより下部エンドプレート６を締結バー８０に締結する。

また、下部エンドプレート６は、開口６０〜６５が設けられている。開口６０〜６５は、それぞれ、アノード入口マニホルド、冷却媒体出口マニホルド、カソード出口マニホルド、カソード入口マニホルド、冷却媒体入口マニホルド、及びアノード出口マニホルドの一部である。開口６０〜６２と開口６３〜６５は、互いに反対側の端部に並んで設けられている。

上部エンドプレート５及び下部エンドプレート６は、高い剛性を有しているため、絶縁プレート７０、セル積層体２ｓ、プレッシャープレート３、シムプレート４、及び絶縁プレート７１を安定に挟持することができる。

次に、燃料電池スタック１の製造方法を説明する。以下の説明では、図４とともに、図５〜図８を参照する。

図４は、燃料電池スタック１の製造工程の一例を示すフローチャートである。燃料電池スタック１の製造において、予め燃料電池２、プレッシャープレート３、シムプレート４、下部エンドプレート６、上部エンドプレート５、絶縁プレート７０，７１、複数の締結バー８０などが準備される。

図５は、下部エンドプレート６にセル積層体２ｓ及びプレッシャープレート３を積層する工程の一例を示す斜視図である。図５において、図１〜図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

下部エンドプレート６は、不図示の組付け台の上に設置される（ステップＳｔ１）。次に、複数の燃料電池２が絶縁プレート７０を介して下部エンドプレート６に積層される（ステップＳｔ２）。これにより、セル積層体２ｓが下部エンドプレート６の上に配置される。

次に、プレッシャープレート３がセル積層体２ｓに重ねられる（ステップＳｔ３）。このとき、プレッシャープレート３は、各凸部３６が正面視でセル積層体２ｓの側面より外側に突出するように重ねられる。これにより、プレッシャープレート３は、各凸部３６がセル積層体２ｓからはみ出した状態で配置される。次に、プレッシャープレート３が押圧される（ステップＳｔ４）。なお、プレッシャープレート３とセル積層体２ｓの間には絶縁プレート７１が配置される。

図６は、プレッシャープレート３を押圧する工程の一例を示す斜視図である。図６において、図１〜図３及び図５と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

プレッシャープレート３は、矢印で示されるように、下部エンドプレート６側から積層方向Ｄに沿って延びる複数のアーム９６により下方向に押圧される。これにより、下部エンドプレート６とプレッシャープレート３の間でセル積層体２ｓが加圧される。

このとき、各凸部３６は、セル積層体２ｓの側面より外側に突出しているため、凸部３６を除くプレッシャープレート３の平面領域全体でセル積層体２ｓを押圧することができる。また、各アーム９６は凸部３６を押圧するため、プレッシャープレート３の上面にシムプレート４を重ねる領域が確保される。つまり、各アーム９６は、プレッシャープレート３に上部からシムプレート４を重ねるときの邪魔にはならない。

各アーム９６は、凸部３６にそれぞれ係合し、積層方向Ｄに沿って下部エンドプレート６側にそれぞれ移動することにより凸部３６を押圧する。より具体的には、各アーム９６の先端には爪部９６ａが設けられ、爪部９６ａが凸部３６に係合する。このため、プレッシャープレート３を組付け台の下部から押圧することが可能である。

次に、各凸部３６が押圧されたまま、積層長Ｌが測定される（ステップＳｔ５）。積層長Ｌは、下部エンドプレート６の下端からプレッシャープレート３の上端までの長さである。積層長Ｌの測定手段としては、例えば光学センサが挙げられるが、これに限定されない。本工程において、下部エンドプレート６及びプレッシャープレート３の各厚さを一定とすると、積層長Ｌからセル積層体２ｓの積層方向Ｄの長さＬ’が算出されるため、セル積層体２ｓの長さＬ’の測定が可能である。

次に、厚みの相違する複数のシムプレート４から、測定した積層長Ｌ、またはセル積層体２ｓの長さＬ’に応じた厚みのシムプレート４が選択される（ステップＳｔ６）。より具体的には、燃料電池スタック１の積層方向の長さが所定値となるように、適切な厚みのシムプレート４が選択される。このように、予め厚みの相違する複数のシムプレート４を用意しておくことにより、適切な厚みのシムプレート４を迅速に準備することができる。次に、選択されたシムプレート４は、プレッシャープレート３に重ねられる（ステップＳｔ７）。

図７は、シムプレート４をプレッシャープレート３に重ねる工程の一例を示す斜視図である。図７において、図１〜図３、図５、及び図６と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

本工程は、各凸部３６が押圧されたまま、行われる。シムプレート４は、測定した積層長Ｌ、またはセル積層体２ｓの積層方向Ｄの長さＬ’に応じた厚みｄを有する。このため、燃料電池スタック１の長さのばらつきが低減される。

また、各凸部３６は、プレッシャープレート３の外周に沿って設けられているため、シムプレート４が重ねられるプレッシャープレート３の領域には、シムプレート４の配置の邪魔になるものが存在しない。このため、プレッシャープレート３を押圧したまま、上部からプレッシャープレート３にシムプレート４を重ねることが可能である。次に、上部エンドプレート５が下部エンドプレート６に対して固定される（ステップＳｔ８）。

図８は、上部エンドプレート５を下部エンドプレート６に対して固定する工程の一例を示す斜視図である。図８において、図１〜図３及び図５〜図７と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

本工程は、各凸部３６が押圧されたまま、行われる。上部エンドプレート５は、上部からシムプレート４に重ねられ、ボルト８１により締結バー８０と接続されることにより固定される。これにより、上部エンドプレート５は、下部エンドプレート６との間にセル積層体２ｓ、プレッシャープレート３、及びシムプレート４を挟み込む。

各凸部３６は、プレッシャープレート３の外周に沿って設けられているため、シムプレート４から外側にはみ出ている。このため、上部エンドプレート５が重ねられるシムプレート４の領域には、上部エンドプレート５の配置の邪魔になるものが存在しない。したがって、プレッシャープレート３を押圧したまま、上部からシムプレート４に上部エンドプレート５を重ねて、下部エンドプレート６に対して固定することが可能である。

また、上部エンドプレート５は、複数の締結バー８０を介して下部エンドプレート６に接続されることにより下部エンドプレート６に対して固定される。このとき、締結バー８０は、各凸部３６の間に配置されているため、図２を参照して述べたように、各凸部３６間の空間３７が有効に利用され、燃料電池スタック１の大型化が抑制される。

このようにして、燃料電池スタック１の製造方法は実行される。本例の製造方法において、セル積層体２ｓの長さＬ’の測定は、プレッシャープレート３の各凸部３６を押圧したまま、行われる。このため、下部エンドプレート６とプレッシャープレート３の間で加圧されたセル積層体２ｓの長さＬ’を測定することができ、長さＬ’に応じた適切な厚みｄのシムプレート４を用いることができる。

また、シムプレート４をプレッシャープレート３に重ねる工程、及び上部エンドプレート５を下部エンドプレート６に対して固定する工程は、各凸部３６を押圧したまま、行われる。各凸部３６は、プレッシャープレート３の外周に沿って設けられ、正面視セル積層体２ｓの側面より外側に突出しているため、上記の各工程において、上部からシムプレート４及び上部エンドプレート５を配置する場合に邪魔になるものはない。

したがって、本例の製造方法によると、セル積層体２ｓを加圧したまま、シムプレート４及び上部エンドプレート５の配置が可能となり、さらに、上記の特許文献１とは異なり、製造の途中工程で上部エンドプレート５の締結やその解除の必要がない。このため、本例の製造方法によると、燃料電池スタック１の製造の所要時間が短縮される。

図９は、燃料電池スタック１の製造装置９の一例を示す斜視図である。図９において、図１〜図３及び図５〜図８と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。なお、図９には、各アーム９６が凸部３６を押圧したまま、上部からプレッシャープレート３にシムプレート４及び上部エンドプレート５を重ねる様子が示されている。

製造装置９は、複数のアーム９６と、組付け台９７と、アーム駆動装置９８とを有する。組付け台９７は、一例として、略直方体形状を有し、その上面には、下部エンドプレート６、絶縁プレート７０、セル積層体２ｓ、絶縁プレート７１、及びプレッシャープレート３が積層された状態で載置されている。

組付け台９７の内部には、例えばモータなどを備えたアーム駆動装置９８が設けられている。アーム駆動装置９８は、各アーム９６の駆動源であり、組付け台９７の側面の開口９７ａを介して各アーム９６と接続されている。アーム駆動装置９８は、各アーム９６を下部に向かって移動させる。これにより、プレッシャープレート３の各凸部３６が押圧される。

アーム駆動装置９８は、下部エンドプレート６、絶縁プレート７０、セル積層体２ｓ、絶縁プレート７１、及びプレッシャープレート３の下部に位置するため、シムプレート４及び上部エンドプレート５を重ねる場合に邪魔にならない。したがって、燃料電池スタック１の製造が容易となる。

（第２実施例）
図１０は、第２実施例の製造方法により製造される燃料電池スタック１ａの一例を示す斜視図である。図１０において、紙面の上部を鉛直方向の上部とし、紙面の下部を鉛直方向の下部とする。また、図１０において、図１と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

燃料電池スタック１ａは、セル積層体２ｓ、プレッシャープレート３ａ、調整プレートの一例であるシムプレート４ａ、第１エンドプレートの一例である下部エンドプレート６ａ、第２エンドプレートの一例である上部エンドプレート５ａ、絶縁プレート７０，７１、複数の固定部材の一例である複数の締結バー８０ａを有する。

本例のプレッシャープレート３には凸部３６が設けられていないが、上部エンドプレート５ａ及びシムプレート４ａの外周部は、符号Ｘで示されるように、アーム９６が押圧するために一部の引っ込んだ形状を有する。このため、第１実施例と同様に、プレッシャープレート３ａを押圧したまま、プレッシャープレート３ａに上部から上部エンドプレート５ａ及びシムプレート４ａを重ねることが可能である。

また、下部エンドプレート６には、外周部より厚みのある厚肉部６８が設けられている。締結バー８０ａは、ボルト８１ａにより厚肉部６８、及び上部エンドプレート５の外周面のうち、引っ込んでいない部分（逆に言えば突出した部分）に締結されている。

図１１は、プレッシャープレート３ａ及びシムプレート４ａの一例を示す平面図である。図１１には、積層方向Ｄにおいて、上部からプレッシャープレート３ａ及びシムプレート４ａを平面視したときの形状が示されている。図１１において、図２と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

プレッシャープレート３ａは、第１実施例のプレッシャープレート３と比べると、凸部３６が設けられていない点が異なる。このため、プレッシャープレート３ａは、複数の端部３８がアーム９６により押圧される。

シムプレート４ａは、第１実施例のシムプレート４と比べると、複数の切り欠き４６を有する点が異なる。シムプレート４ａがプレッシャープレート３ａに重ねられたとき、各切り欠き４６の位置は、アーム９６が押圧する端部３８の位置に一致する。

図１２は、上部エンドプレート５ａ及び下部エンドプレート６ａの一例を示す平面図である。図１２には、積層方向Ｄにおいて、上部から上部エンドプレート５ａ及び下部エンドプレート６ａを平面視したときの形状が示されている。図１２において、図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

上部エンドプレート５ａは、第１実施例の上部エンドプレート５と比べると、外周に沿って複数の凹部５８が設けられている点が異なる。上部エンドプレート５ａがシムプレート４ａに重ねられたとき、各凹部５８の位置は、切り欠き４６及び端部３８の位置に一致する。

凹部５８、切り欠き４６、及び端部３８は、対向する一組の辺のそれぞれの同じ位置に同じ数だけ設けられている。このため、押圧時にプレッシャープレート３ａを好適に水平に維持することができるが、凹部５８、切り欠き４６、及び端部３８の配置形態及び数に限定はない。

また、凹部５８間の突出した部分には、一組のネジ穴５９が設けられている。第１実施例の上部エンドプレート５には、ネジ穴５７が厚み方向に設けられているのに対し、本例の上部エンドプレート５ａには、ネジ穴５９が板面と平行に設けられている。

下部エンドプレート６ａは、第１実施例の下部エンドプレート６と比べると、厚肉部６８が設けられている点が異なる。厚肉部６８には、上部エンドプレート５ａのネジ穴５９と対応するように、外周に沿って複数組のネジ穴６９が設けられている。第１実施例の下部エンドプレート６には、ネジ穴６７が厚み方向に設けられているのに対し、本例の下部エンドプレート６ａには、ネジ穴６９が板面と平行に設けられている。

次に、燃料電池スタック１ａの製造方法を説明する。以下の説明では、図４とともに、図１３〜図１６を参照する。燃料電池スタック１ａの製造において、予め燃料電池２、プレッシャープレート３ａ、シムプレート４ａ、下部エンドプレート６ａ、上部エンドプレート５ａ、絶縁プレート７０，７１、複数の締結バー８０ａなどが準備される。なお、本例の製造方法においても、図９に示された製造装置９が用いられる。

図１３は、下部エンドプレート６ａにセル積層体２ｓ及びプレッシャープレート３ａを積層する工程の他の例を示す斜視図である。図１３において、図１０〜図１２と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

下部エンドプレート６ａは、組付け台９７の上に設置される（ステップＳｔ１）。次に、複数の燃料電池２が絶縁プレート７０を介して下部エンドプレート６ａに積層される（ステップＳｔ２）。これにより、セル積層体２ｓが下部エンドプレート６ａの厚肉部６８の上に配置される。

次に、プレッシャープレート３ａがセル積層体２ｓに重ねられる（ステップＳｔ３）。なお、プレッシャープレート３ａの板面の形状は燃料電池２と同じである。次に、プレッシャープレート３ａが押圧される（ステップＳｔ４）。

図１４は、プレッシャープレート３ａを押圧する工程の一例を示す斜視図である。図１４において、図１０〜図１３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

プレッシャープレート３ａは、矢印で示されるように、複数のアーム９６により下方向に押圧される。これにより、下部エンドプレート６ａとプレッシャープレート３ａの間でセル積層体２ｓが加圧される。

このとき、プレッシャープレート３ａは、全平面がセル積層体２ｓに重なっているため、平面領域全体でセル積層体２ｓを押圧することができる。また、各アーム９６は端部３８を押圧するため、プレッシャープレート３ａの上面にシムプレート４ａが重なる領域が確保される。つまり、各アーム９６は、プレッシャープレート３ａに上部からシムプレート４を重ねるときの邪魔にはならない。

より具体的には、各アーム９６は、端部３８にそれぞれ係合し、積層方向Ｄに沿って下部エンドプレート６ａ側にそれぞれ移動することにより端部３８を押圧する。各アーム９６の先端の爪部９６ａは端部３８に係合する。このため、プレッシャープレート３ａを組付け台９７の下部から押圧することが可能である。

次に、複数の端部３８をそれぞれ押圧したまま、積層長Ｌが測定される（ステップＳｔ５）。積層長Ｌは、下部エンドプレート６ａの下端からプレッシャープレート３ａの上端までの長さである。本工程において、下部エンドプレート６ａ及びプレッシャープレート３ａの各厚さを一定とすると、積層長Ｌからセル積層体２ｓの積層方向Ｄの長さＬ’が算出されるため、セル積層体２ｓの長さＬ’の測定が可能である。

次に、厚みの相違する複数のシムプレート４ａから、測定した積層長Ｌ、またはセル積層体２ｓの長さＬ’に応じた厚みのシムプレート４ａが選択される（ステップＳｔ６）。より具体的には、燃料電池スタック１ａの積層方向の長さが所定値となるように、適切な厚みのシムプレート４ａが選択される。このように、予め厚みの相違する複数のシムプレート４ａを用意しておくことにより、適切な厚みのシムプレート４ａを迅速に準備することができる。次に、選択されたシムプレート４ａは、プレッシャープレート３ａに重ねられる（ステップＳｔ７）。

図１５は、シムプレート４ａをプレッシャープレート３ａに重ねる工程の一例を示す斜視図である。図１５において、図１０〜図１４と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

本工程は、各端部３８が押圧されたまま、行われる。シムプレート４ａは、測定した積層長Ｌ、またはセル積層体２ｓの積層方向Ｄの長さＬ’に応じた厚みｄを有する。このため、燃料電池スタック１ａの長さのばらつきが低減される。

シムプレート４ａは、各切り欠き４６がプレッシャープレート３ａの端部３８に一致するようにプレッシャープレート３ａに重ねられる。このため、シムプレート４ａが重ねられるプレッシャープレート３ａの領域には、シムプレート４ａの配置の邪魔になるものが存在しない。したがって、プレッシャープレート３ａを押圧したまま、上部からプレッシャープレート３ａにシムプレート４ａを重ねることが可能である。次に、上部エンドプレート５ａが下部エンドプレート６ａに対して固定される（ステップＳｔ８）。

図１６は、上部エンドプレート５ａを下部エンドプレート６ａに対して固定する工程の一例を示す図である。図１６において、図１０〜図１５と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

本工程は、各端部３８が押圧されたまま、行われる。上部エンドプレート５ａは、上部からシムプレート４ａに重ねられ、ボルト８１ａにより側面で締結バー８０ａと接続されることにより固定される。また、下部エンドプレート６ａも、ボルト８１ａにより厚肉部６８の側面で締結バー８０ａと接続されることにより固定される。

これにより、上部エンドプレート５ａは、下部エンドプレート６ａとの間にセル積層体２ｓ、プレッシャープレート３ａ、及びシムプレート４ａを挟み込む。なお、上部エンドプレート５ａとプレッシャープレート３ａの間には絶縁プレート７１が配置される。

また、上部エンドプレート５ａは、各凹部５８がシムプレート４ａの切り欠き４６に一致するようにシムプレート４ａに重ねられる。このため、上部エンドプレート５ａが重ねられるシムプレート４ａの領域には、上部エンドプレート５ａの配置の邪魔になるものが存在しない。したがって、プレッシャープレート３ａを押圧したまま、上部からシムプレート４ａに上部エンドプレート５ａを重ねることが可能である。

また、本例とは異なり、上部エンドプレート５ａに凹部５８を設けなくても、上部エンドプレート５ａの外周形状を、アーム９６と干渉しない程度にまで小さくすれば、プレッシャープレート３ａを押圧したまま、上部からシムプレート４ａに上部エンドプレート５ａを重ねることが可能である。しかし、上部エンドプレート５ａを小さくすると、剛性の不足によりセル積層体２ｓを十分に加圧することができないおそれがある。したがって、上記のように、上部エンドプレート５ａに凹部５８を設けることで、上部エンドプレート５ａの剛性の低下を抑制することができる。

このようにして、燃料電池スタック１ａの製造方法は実行される。本例の製造方法において、セル積層体２ｓの長さＬ’の測定は、プレッシャープレート３ａの各端部３８を押圧したまま、行われる。このため、下部エンドプレート６ａとプレッシャープレート３ａの間で加圧されたセル積層体２ｓの長さＬ’を測定することができ、長さＬ’に応じた適切な厚みｄのシムプレート４ａを用いることができる。

また、シムプレート４ａをプレッシャープレート３ａに重ねる工程、及び上部エンドプレート５ａを下部エンドプレート６ａに対して固定する工程は、各端部３８を押圧したまま、行われる。シムプレート４ａをプレッシャープレート３ａに重ねたとき、シムプレート４ａの各切り欠き４６は、プレッシャープレート３ａの端部３８に一致するため、上部からシムプレート４ａをプレッシャープレート３ａに重ねる場合に邪魔になるものはない。

また、上部エンドプレート５ａがシムプレート４ａに重ねられたとき、シムプレート４ａの各凹部５８は、シムプレート４ａの切り欠き４６に一致するため、上部から上部エンドプレート５ａをシムプレート４ａに重ねる場合に邪魔になるものはない。

したがって、本例の製造方法によると、セル積層体２ｓを加圧したまま、シムプレート４ａ及び上部エンドプレート５ａの配置が可能となり、さらに、上記の特許文献１とは異なり、製造の途中工程で上部エンドプレート５ａの締結やその解除の必要がない。このため、本例の製造方法によると、燃料電池スタック１ａの製造の所要時間が短縮される。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

１ 燃料電池スタック
２ 燃料電池
２ｓ セル積層体（積層体）
３，３ａ プレッシャープレート
４，４ａ シムプレート（調整プレート）
５，５ａ 上部エンドプレート
６，６ａ 下部エンドプレート
３６ 凸部
３８ 端部
４６ 切り欠き
５８ 凹部
８０，８０ａ 締結バー
９６ アーム

Claims (8)

1. 第１エンドプレートに複数の燃料電池を積層する工程と、
   外周に沿って複数の凸部が設けられたプレッシャープレートを、前記複数の凸部が正面視で前記複数の燃料電池の積層体の側面より外側に突出するように前記積層体に重ねる工程と、
   前記第１エンドプレートと前記プレッシャープレートの間で前記積層体が加圧されるように前記複数の凸部をそれぞれ押圧する工程と、
   前記複数の凸部をそれぞれ押圧したまま、前記積層体の積層方向の長さを測定する工程と、
   前記複数の凸部をそれぞれ押圧したまま、測定した前記長さに応じた厚みの調整プレートを前記プレッシャープレートに重ねる工程と、
   前記複数の凸部をそれぞれ押圧したまま、前記第１エンドプレートとの間に前記積層体、前記プレッシャープレート、及び前記調整プレートを挟み込むように第２エンドプレートを前記第１エンドプレートに対して固定する工程とを有することを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
2. 前記複数の凸部をそれぞれ押圧する工程は、前記第１エンドプレート側から前記積層方向に沿って延びる複数のアームを前記複数の凸部にそれぞれ係合させることと、前記複数のアームを前記積層方向に沿って前記第１エンドプレート側にそれぞれ移動させることにより前記複数の凸部をそれぞれ押圧することとを含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタックの製造方法。
3. 前記第２エンドプレートを前記第１エンドプレートに対して固定する工程は、前記積層方向にそれぞれ延びる複数の固定部材を前記複数の凸部の間にそれぞれ配置することと、前記第２エンドプレートを、前記複数の固定部材を介して前記第１エンドプレートに接続することにより固定することとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池スタックの製造方法。
4. 前記調整プレートを前記プレッシャープレートに重ねる工程は、厚みの相違する複数のプレートから、測定した前記長さに応じた厚みの前記調整プレートを選択して前記プレッシャープレートに重ねることを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の燃料電池スタックの製造方法。
5. 第１エンドプレートに複数の燃料電池を積層する工程と、
   プレッシャープレートを前記複数の燃料電池の積層体に重ねる工程と、
   前記第１エンドプレートと前記プレッシャープレートの間で前記積層体が加圧されるように前記プレッシャープレートの複数の端部をそれぞれ押圧する工程と、
   前記複数の端部をそれぞれ押圧したまま、前記積層体の積層方向の長さを測定する工程と、
   測定した前記長さに応じた厚みを有し、複数の切り欠きを有する調整プレートを、前記複数の端部をそれぞれ押圧したまま、前記複数の切り欠きが前記複数の端部にそれぞれ一致するように前記プレッシャープレートに重ねる工程と、
   前記複数の端部をそれぞれ押圧したまま、前記第１エンドプレートとの間に前記積層体、前記プレッシャープレート、及び前記調整プレートを挟み込むように第２エンドプレートを前記第１エンドプレートに対して固定する工程とを有することを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
6. 前記第２エンドプレートを前記第１エンドプレートに対して固定する工程は、前記第２エンドプレートを、前記第２エンドプレートの外周に沿って設けられた複数の凹部が前記複数の切り欠きにそれぞれ一致するように前記調整プレートに重ねることを含むことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池スタックの製造方法。
7. 前記複数の端部をそれぞれ押圧する工程は、前記第１エンドプレート側から前記積層方向に沿って延びる複数のアームを前記複数の端部にそれぞれ係合させることと、前記複数のアームを前記積層方向に沿って前記第１エンドプレート側にそれぞれ移動させることにより前記複数の凸部をそれぞれ押圧することとを含むことを特徴とする請求項５または６に記載の燃料電池スタックの製造方法。
8. 前記調整プレートを前記プレッシャープレートに重ねる工程は、厚みの相違する複数のプレートから、測定した前記長さに応じた厚みの前記調整プレートを選択して前記プレッシャープレートに重ねることを含むことを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の燃料電池スタックの製造方法。

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