JP2023073543A

JP2023073543A - 燃料電池ユニット

Info

Publication number: JP2023073543A
Application number: JP2021186066A
Authority: JP
Inventors: 雅之伊藤; Masayuki Ito; 大輝島田; Daiki Shimada; 邦弘岩田; Kunihiro Iwata
Original assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2023-05-26

Abstract

【課題】応力が集中しやすいバスバーとターミナルプレート及び機器の端子の少なくともいずれか一方との接合部分の柔軟性を高めてバスバーに発生する応力を低減することができる燃料電池ユニットを提供する。【解決手段】燃料電池の単セルが複数個積層されたセル積層体と、前記セル積層体の積層方向の端部に配置された導電性のターミナルプレートと、前記積層方向に伸縮可能であって前記セル積層体及び前記ターミナルプレートを前記積層方向に押圧する弾性部材と、を含む燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに電気的に接続される機器と、一端が前記ターミナルプレートと接続され、他端が前記機器の端子と接続される、導電性のバスバーと、を備える燃料電池ユニット。【選択図】図３

Description

本開示は、燃料電池ユニットに関する。

燃料電池（ＦＣ）は、複数の単セル（以下、セルと記載する場合がある）を積層した燃料電池スタック（以下、単にスタックと記載する場合がある）で構成され、燃料ガスとしての水素（Ｈ_２）と酸化剤ガスとしての酸素（Ｏ_２）を供給し、水素（Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）との電気化学反応によって電気エネルギーを取り出す発電装置である。なお、以下では、燃料ガスや酸化剤ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。

燃料電池車両（ＦＣＥＶ：ＦｕｅｌＣｅｌｌＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）等の車両に車載されて用いられる燃料電池に関して種々の研究がなされている。
セルの発電電力を補機に供給するために、燃料電池スタックの端子と補機の端子とをバスバーで接続することが知られている。
例えば特許文献１では、弾性部材の伸縮によるターミナルプレートの変位に追従する追従部を有するバスバーを有する、燃料電池ユニットが開示されている。

また、特許文献２では、燃料電池セルユニット１６の上下端部に接続された連接部２００Ａ、２０２Ａと、電流取出端子２０６Ａに接続される接続部２００Ｂ、２０２Ｂと、を含み、連接部２００Ａ、２０２Ａに設けられ、応力を受けると変形する第１応力緩和部２０１Ａ、２０３Ａと、下端側の連接部２００Ａと接続部２００Ｂの間に設けられ、応力を受けると変形する第２応力緩和部２０１Ｂ、２０３Ｂとが形成されているバスバー２００、２０２が開示されている。

また、特許文献３では、一端がセルスタックの電極端子１０４に電気的に接続され、他端が収納容器の外部に位置するブスバー３００であって、一端と他端との間における収納容器内にばね機構部３０６を有するブスバーと、ブスバーと収納容器との隙間を絶縁した状態で密閉すると共に、ブスバーを収納壁に固定する絶縁材部４００と、を備える燃料電池モジュールが開示されている。

特開２０２０－１０２３８２号公報特開２０１８－０４９７００号公報特開２０１８－０６０７７２号公報

燃料電池スタックのターミナルプレートと燃料電池スタックに電気的に接続される機器の端子とをバスバーで接続させる場合、セル積層体の長さ寸法の変化に伴うターミナルプレートの変位によって機器の端子に接続するバスバーの端部に応力が掛かることがある。これにより、バスバーと機器の端子の接続を良好に維持できない場合がある。また衝突などの外部入力があったときには、ターミナルプレートがセルと平行に変位する可能性がある。上記先行技術文献の技術では、バスバーの柔軟性が不十分でバスバーに過大な応力が発生した場合、適切な接続を維持できないという問題がある。

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、応力が集中しやすいバスバーとターミナルプレート及び機器の端子の少なくともいずれか一方との接合部分の柔軟性を高めてバスバーに発生する応力を低減することができる燃料電池ユニットを提供することを主目的とする。

本開示においては、燃料電池の単セルが複数個積層されたセル積層体と、前記セル積層体の積層方向の端部に配置された導電性のターミナルプレートと、前記積層方向に伸縮可能であって前記セル積層体及び前記ターミナルプレートを前記積層方向に押圧する弾性部材と、を含む燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに電気的に接続される機器と、
一端が前記ターミナルプレートと接続され、他端が前記機器の端子と接続される、導電性のバスバーと、を備え、
前記バスバーは、複数の金属板が積層されるとともに、前記ターミナルプレートとの接続部において前記複数の金属板どうしがすべて接合された第１接合部と、前記機器の端子との接続部において前記複数の金属板どうしがすべて接合された第２接合部と、前記第１接合部と前記第２接合部との間において前記複数の金属板どうしが接合されていない非接合部と、前記第１接合部と前記非接合部との間、及び、前記第２接合部と前記非接合部との間からなる群より選ばれる少なくとも一つの領域に、前記複数の金属板の内、一部の金属板どうしのみが接合された部分接合部と、を備える、燃料電池ユニットを提供する。

本開示の燃料電池ユニットにおいては、前記バスバーは、前記第１接合部と前記非接合部との間、及び、前記第２接合部と前記非接合部との間の両方の領域に、前記部分接合部を備えていてもよい。

本開示の燃料電池ユニットにおいては、前記非接合部は、少なくとも１つの屈曲部を有してもよい。

本開示の燃料電池ユニットにおいては、積層する前記金属板の枚数は、４枚以上であってもよい。

本開示の燃料電池ユニットによれば、応力が集中しやすいバスバーとターミナルプレート及び機器の端子の少なくともいずれか一方との接合部分の柔軟性を高めてバスバーに発生する応力を低減することができる。

図１は、燃料電池スタックと昇圧コンバータの組立体である、燃料電池ユニットの一例を示す概略構成図である。図２は、ターミナルプレート３、端子台２３、バスバー４２のみを記載した分解斜視図である。図３は、バスバー４２の詳細図である。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、ターミナルプレート３が変位したときの、部分接合部を備えない比較例のバスバー５２の変形の様子を、図４（ｄ）は、ターミナルプレート３が変位したときの、部分接合部を備える実施例のバスバー４２の変形の様子を、それぞれ模式的に表した図である。図５（ａ）は、バスバー６２の形状を模式的に表した図であり、図５（ｂ）は、ターミナルプレート３が変位したときのバスバー６２の変形形状を表した図であり、図５（ｃ）は部分接合部を備えない比較例のバスバー７２の形状を模式的に表した図であり、図５（ｄ）はターミナルプレート３が変位したときのバスバー７２の変形形状を表した図である。

本開示によれば、ばね等の弾性部材によりターミナルプレート位置が可変な燃料電池スタックと、燃料電池スタックのターミナルプレートに電気的に接続された機器と、を備える燃料電池ユニットであって、ターミナルプレートと機器との間がバスバーにより接続され、バスバーの接合部と非接合部との間に、一部の金属板のみが接合された部分接合部を備える。
一般に、ターミナルプレートが変位したときに、接合部と非接合部との境界部でバスバーの最大応力が発生するが、本開示の燃料電池ユニットでは、応力が集中しやすいバスバーとターミナルプレート及び機器の端子の少なくともいずれか一方との接合部分の柔軟性を高めて最大応力を緩和できる。

本開示の燃料電池ユニットは、燃料電池スタックと、機器と、バスバーと、を少なくとも備える。

燃料電池スタックは、セル積層体と、ターミナルプレートと、弾性部材と、を含み、通常、さらに、インシュレータ（絶縁プレート）、プレッシャプレート、エンドプレート、連結部（テンションプレート）を含む。

セル積層体は、燃料電池の単セルを、水平方向に複数個積層した積層体である。
単セルの積層数は特に限定されず、例えば、２～数百個であってもよい。
単セルは、反応ガスとして燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。単セルは、電解質膜の両面に電極とガス拡散層を配置した発電体である膜電極ガス拡散層接合体と、膜電極ガス拡散層接合体を挟持する一対のセパレータと、を備える。
電解質膜は、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料、及び炭化水素系樹脂材料などで形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。
電極は、カーボン担体と、スルホン酸基を有する固体高分子であって湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含んで構成されている。
カーボン担体には、発電反応を促進させるための触媒（例えば白金、及び白金－コバルト合金など）が担持されている。
ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
各単セルには、反応ガスを流すためのマニホールドが設けられている。マニホールドを流れる反応ガスは、各単セルに設けられたガス流路を介して、各単セルの発電領域に供給される。

ターミナルプレートは、セル積層体の積層方向の端部に配置される。セル積層体の積層方向の両端部にそれぞれ１枚のターミナルプレート（第１ターミナルプレート、第２ターミナルプレート）が配置されていてもよい。
ターミナルプレートは、導電性を有するものであればよく、例えば緻密性カーボン、銅、及びアルミニウム合金などの導電性部材であってもよい。ターミナルプレートは、単セルで発電した電力を取り出すために用いられる。

インシュレータ（絶縁プレート）は、セル積層体の積層方向の端部且つターミナルプレートよりも積層方向の外側に配置される。セル積層体の積層方向の両端部且つターミナルプレートよりも積層方向の外側にそれぞれ１枚のインシュレータ（第１インシュレータ、第２インシュレータ）が配置されていてもよい。インシュレータ（絶縁プレート）は、例えばゴム、及び樹脂などの絶縁性部材であってもよい。インシュレータ（絶縁プレート）は、ターミナルプレートと、インシュレータ（絶縁プレート）よりも外側に位置するプレッシャプレート及びエンドプレートと、の間の絶縁を取るために用いられる。

プレッシャプレートは、例えばステンレス、及びアルミニウム合金などの剛性の高い部材であってもよい。プレッシャプレートは、セル積層体の積層方向のインシュレータ（絶縁プレート）と弾性部材との間に配置され、ばね等の弾性部材によってセル積層体に均一に圧縮荷重を付与するために用いられる。

エンドプレートは、セル積層体の積層方向の端部且つターミナルプレート、インシュレータ（絶縁プレート）、プレッシャプレート、及び、弾性部材よりも積層方向の外側に配置される。セル積層体の積層方向の両端部且つターミナルプレート、インシュレータ（絶縁プレート）、プレッシャプレート、及び、弾性部材よりも積層方向の外側にそれぞれ１枚のエンドプレート（第１エンドプレート、第２エンドプレート）が配置されていてもよい。
エンドプレートは、例えばステンレス、及びアルミニウム合金などの剛性の高い部材であってもよい。

連結部（テンションプレート）は、セル積層体の両端に配置される２枚のエンドプレートの間でエンドプレートにより固定される。これにより、２枚のエンドプレートの間に、セル積層体とターミナルプレートとインシュレータ（絶縁プレート）とプレッシャプレートとが積層される。
連結部（テンションプレート）は、例えばステンレス、及びアルミニウム合金などの剛性の高い部材であってもよい。

弾性部材は、セル積層体の積層方向に伸縮可能であってセル積層体及びターミナルプレートを積層方向に押圧する。弾性部材は、ばね等であってもよい。ばねは、コイルばね、板ばね、及び皿ばね等であってもよい。

機器は、燃料電池スタックに電気的に接続される。機器は、バスバーと接続するための端子を備える。
機器は、例えば燃料電池スタックから供給される電流が流れる補機であり、例えば、燃料電池スタックの出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ、燃料電池スタックの出力電圧を降圧する降圧コンバータ、及び、昇圧と降圧のいずれも可能な昇降圧コンバータ等であってもよい。
また、機器は、燃料電池スタックからの直流出力を交流電力に変換するインバータであってもよい。
燃料電池スタックは、コンバータやインバータのような電力変換器を介さずに、モータ、ポンプ、及びコンプレッサ等の電気機器に直接接続されていてもよいため、機器は、モータ、ポンプ、及びコンプレッサ等の電気機器であってもよい。
なお、機器は、例えば燃料電池スタックとは別の燃料電池スタックなどのその他の機器であってもよい。機器が燃料電池スタックとは別の燃料電池スタックの場合では、２つの燃料電池スタックが電気的に直列に接続された燃料電池ユニットとなる。
機器は、機器ケース内に収容されている。機器ケースは、ボルトによって後述するスタックケースに締結固定されている。これにより、スタックケース及び機器ケースで構成された複合ケース内に、機器と、燃料電池スタックに含まれるセル積層体、ターミナルプレート、絶縁プレート、プレッシャプレート、及び弾性部材と、が収容される。

バスバーは、複数の金属板が積層されるとともに、ターミナルプレートとの接続部において複数の金属板どうしがすべて接合された第１接合部と、機器の端子との接続部において複数の金属板どうしがすべて接合された第２接合部と、第１接合部と第２接合部との間において複数の金属板どうしが接合されていない非接合部と、第１接合部と非接合部との間、及び、第２接合部と非接合部との間からなる群より選ばれる少なくとも一つの領域に、複数の金属板の内、一部の金属板どうしのみが接合された部分接合部と、を備える。
バスバーは、第１接合部と非接合部との間、及び、第２接合部と非接合部との間の両方の領域に、部分接合部を備えていてもよい。
バスバーは、一端がターミナルプレートと接続され、他端が機器の端子と接続される。１枚のターミナルプレートと１つの端子との組み合わせ毎に１つのバスバーが設けられていてもよい。
金属板の材質は、導電性を有するものであればよく、例えば銅、及びアルミニウム合金などの導電率の高い金属であってもよい。
バスバーで使用される金属板の板厚は、特に限定しない。また、金属板の積層枚数は、特に限定しない。積層される金属板の板厚が小さいほど柔軟性が高く、合計の板厚が大きいほど断面積が大きくなるため大電流を流すことができる。積層される金属板の板厚は、例えば０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以上、０．８ｍｍ以上でもよく、また２ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下、１．２ｍｍ以下でもよい。積層する金属板の枚数は、例えば２枚以上、３枚以上、４枚以上、５枚以上、１０枚以上、２０枚以上、５０枚以上でもよく、例えば１００枚以下でもよい。積層される金属板の板厚及び積層枚数は、燃料電池ユニットが必要な柔軟性、及び流れる電流値（定格電流値等）に応じて適宜選択することができる。
例えば、金属板の合計の積層枚数が６枚の場合、部分接合部において２枚ずつを接合した３組としても良いし、３枚ずつを接合した２組としても良い。金属板の積層枚数が３０枚の場合には、部分接合部において３枚ずつを接合した１０組としても良いし、５枚ずつを接合した６組としても良いし、１０枚ずつを接合した３組としても良い。
バスバーの接合部、部分接合部での金属板の接合方法は、特に限定されない。バスバーの接合部での金属板の接合方法は、加熱圧着、かしめ、及び溶接など金属板どうしを接合可能な各種技術を適用することができる。
第１接合部及び第２接合部は、少なくとも１つのボルト締結穴を有してもよい。ボルト締結穴の数は、特に限定されず、バスバーの幅及び定格電流値等に応じて、適宜選択することができる。

燃料電池ユニットは例えば以下の方法によって製造される。スタックケース内に燃料電池スタックを構成するセル積層体、第１ターミナルプレート、第２ターミナルプレート、及びばね等を収容する。第１バスバーの端部を第１ターミナルプレートに結合し、第２バスバーの端部を第２ターミナルプレートに結合する。機器を収容する機器ケースをスタックケースに結合する。その後、第１バスバーの端部を機器の第１端子に結合し、第２バスバーの端部を機器の第２端子に結合する。

図１は、燃料電池スタックと昇圧コンバータの組立体である、燃料電池ユニットの一例を示す概略構成図である。
燃料電池スタック０は、燃料電池の単セル１を複数積層し、積層方向両端に、ターミナルプレート２，３、インシュレータ（絶縁プレート）４，５、プレッシャプレート６、エンドプレート７，８等を備える。
プレッシャプレート６とエンドプレート８との間には、ばね（弾性部材）９を備えている。一端のエンドプレート８は連結部（テンションプレート）１０，１１と一体となってスタックケース１３を構成し、他端のエンドプレート７にボルト１２で締結して固定される。ばね９の反力により、単セル１を含むセル積層体には、積層方向に圧縮荷重が付与されている。
上述の燃料電池スタック０では、ばね９を有することにより、セル積層体にかかる圧縮荷重を一定の範囲内に維持することができ、発電性能やシール性能を維持しやすい。
単セル１を含むセル積層体は、燃料電池の運転時または停止時の環境に応じて積層方向に寸法変化する。例えば高温時には各部品が膨張し、低温時には収縮する。また、単セル１内部の相対湿度が高いときには、単セル１内の電解質膜が吸水し膨張する。また、セル積層体に長期間圧縮荷重を付与し続けると、セル積層体中の樹脂部品等がわずかにクリープし、セル積層体の積層方向長さが小さくなる。上述のように、セル積層体の厚さが変化するため、ターミナルプレート３の位置が図１の左右方向に変位する。
燃料電池スタック０は、単セル１のセル積層体、ターミナルプレート２，３、ばね９を含んで構成され、燃料電池スタック０の一側面には昇圧コンバータ２１が接続されている。
バスバー４１は、燃料電池スタック０のターミナルプレート２と昇圧コンバータ２１の端子台２２との間を電気的に接続し、ターミナルプレート２、端子台２２のそれぞれと、ボルト締結されている。また、バスバー４２は、燃料電池スタック０のターミナルプレート３と昇圧コンバータ２１の端子台２３との間を電気的に接続し、ターミナルプレート３、端子台２３のそれぞれと、ボルト締結されている。
上述の構成において、ターミナルプレート３の位置は図１の左右方向に変位するが、端子台２３の位置は固定されているため、バスバー４２の長さが伸縮することが期待される。本実施形態のバスバー４２は、複数の金属板が積層され、ターミナルプレート３との接続部で複数の金属板どうしがすべて接合された第１接合部と、端子台２３との接続部で複数の金属板どうしがすべて接合された第２接合部と、第１接合部と第２接合部との間で複数の金属板どうしが接合されていない非接合部と、を備える。
上記構成により、第１接合部と第２接合部では、１枚の厚板として機能して高い剛性を有するため、ターミナルプレート３、端子台２３のそれぞれとの接続が容易になり、また、非接合部では複数の金属板がそれぞれ独立した薄板として振る舞うため変形しやすく、高い柔軟性を得ることができる。

なお、図１では、一端のエンドプレート８は連結部（テンションプレート）１０，１１と一体となってスタックケース１３を構成する場合を例に示したが、この場合に限られない。スタックケース１３と、エンドプレート８及び連結部１０，１１などの燃料電池スタックを構成する部品と、が別々の部品であってもよい。

図２は、ターミナルプレート３、端子台２３、バスバー４２のみを記載した分解斜視図である。
ターミナルプレート３、端子台２３のそれぞれには、ナットがかしめ、または溶接等により接合されており、ターミナルプレート３とバスバー４２との間は、図２の上方からボルト締結され、端子台２３とバスバー４２との間は、図２の右方からボルト締結されている。
ターミナルプレート３は、一部が単セル１のセル積層体から突出して、単セル１に直交する向きに折り曲げられ、ここにバスバー４２が接続される。また、端子台２３のバスバー４２との接続面は、単セル１と平行になっている。
ターミナルプレート３の突出部が単セル１に直交するように折り曲げられていることで、ターミナルプレート３の突出部高さを低く抑えることができ、また端子台２３との接続面が単セル１と平行であることにより、昇圧コンバータ２１の外側からボルト締結しやすい構成になっている。

図３は、バスバー４２の詳細図である。
バスバー４２は、板厚１ｍｍの銅板（金属板）が４枚積層されている。
バスバー４２のターミナルプレート３との接続部では、４枚の銅板どうしが互いに加熱圧着された第１接合部４２１を備え、また端子台２３との接続部では、４枚の銅板どうしが互いに加熱圧着された第２接合部４２２を備える。なお、第１接合部４２１と第２接合部４２２との間には、４枚の銅板どうしが接合されていない部分を備え、この部分を非接合部４２３と定義する。非接合部４２３では、４枚の銅板がそれぞれ独立して変形することができ、柔軟性が高い構成になっている。第２接合部４２２と非接合部４２３との間には、４枚の銅板の内、２枚ずつが接合された部分接合部４２４を備える。図３において、第１接合部４２１と非接合部４２３との境界線、及び第２接合部４２２と部分接合部４２４との境界線を、それぞれ破線で示している。また、部分接合部４２４と非接合部４２３との境界線を２点鎖線で示している。なお、図３で示す実施形態において、第２接合部４２２と非接合部４２３との間には、部分接合部４２４を備えているが、第１接合部４２１と非接合部４２３との間にも、部分接合部を備えていても良い。

本開示の燃料電池ユニットにおいては、非接合部は、複数の金属板が折り曲げられた少なくとも１つの屈曲部を有してもよい。屈曲部の数は、３つ以上であってもよく、４つ以上であってもよい。非接合部が屈曲部を有することにより、ターミナルプレートの位置が変化したときに、バスバーがその変化に追従して変形し易い。
図３において、非接合部４２３は３つの屈曲部を有し、第１接合部４２１に近い方から順に、第１屈曲部４２５、第２屈曲部４２６、第３屈曲部４２７を備える。非接合部４２３が屈曲部を有することによって、バスバー４２の柔軟性が向上し、屈曲部の数が多いほど柔軟性が更に向上する。図３においては、各屈曲部では隣接する平面どうしが鋭利に曲げられているが、実際の製品では、それぞれの面を円弧で滑らかにつなぐように曲げられるのが一般的である。
ここで、前述のように、ターミナルプレート３は図３の矢印で示すように図３の左右方向に変位する。ターミナルプレート３が変位した場合、バスバー４２の主に非接合部４２３が変形しながら、ターミナルプレート３及び端子台２３との接続状態を維持する。

図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、ターミナルプレート３が変位したときの、部分接合部を備えない比較例のバスバー５２の変形の様子を、図４（ｄ）は、ターミナルプレート３が変位したときの、部分接合部を備える実施例のバスバー４２の変形の様子を、それぞれ模式的に表した図である。
図４（ａ）は、ターミナルプレート３が変位していない状態の部分接合部を備えない比較例のバスバー５２の形状を模式的に表した図であり、図４（ｂ）は、ターミナルプレート３が図の左側に変位したときのバスバー５２の変形形状を表した図であり、図４（ｃ）は、ターミナルプレート３が図の右側に変位したときの変形形状を表した図であり、図４（ｄ）は、ターミナルプレート３が図の左側に変位したときの部分接合部を備える実施例のバスバー４２の変形形状を表した図である。
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）において、ターミナルプレート３変位前のバスバー５２の形状を破線で表し、ターミナルプレート３変位後のバスバー５２の形状を実線で表している。なお、黒太線は第１接合部５２１と第２接合部５２２を表している。第１接合部５２１、第２接合部５２２は、非接合部５２３に比べて剛性が高く、ターミナルプレート３が変位した場合にも、第１接合部５２１、第２接合部５２２は、ほとんど変形せず、非接合部５２３が主に変形する。なお、第１接合部５２１は、ほとんど変形せずに左右に平行移動する。
ターミナルプレート３が変位したとき、バスバー５２の非接合部５２３は、実線に示すように変形する。この時、第２接合部５２２と非接合部５２３との境界部が曲げの起点となり、バスバー５２に発生する応力は、この点で最大となる。最大応力が過大になると、バスバーが塑性変形を起こしたり、バスバーの一部が破断したりする恐れがある。
一方、図４（ｄ）に示すように、実施例のバスバー４２は、第２接合部４２２と非接合部４２３との間に、部分接合部４２４を備える。なお、黒太線は第１接合部５２１と第２接合部５２２を表しており、灰太線は部分接合部４２４を示している。各部の剛性は、接合部４２１、４２２＞部分接合部４２４＞非接合部４２３の順になっており、部分接合部４２４の剛性は、第１接合部４２１、第２接合部４２２と非接合部４２３の間にある。したがって、実施例４２のバスバーでは、ターミナルプレート３変位時は実線のように変形し、第２接合部４２２と部分接合部４２４との境界部、部分接合部４２４と非接合部４２３との境界部の２段階で曲げが生じ、１か所当たりの変形量を小さくすることができる。これにより、それぞれの境界部で発生する応力を緩和して、より大きいターミナルプレート３の変位に追従可能な、柔軟性の高いバスバーとなる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、バスバー４２の代わりに、ターミナルプレート３、端子台２３との接続部の位置関係が第１実施形態と異なるバスバー６２が使用される。その他の点は第１実施形態と同じであるため、説明を割愛する。バスバーの接続部の向きは、特に限定されず、スタックケースの形状、燃料電池ユニットの組み立て手順等に応じて適宜変更してもよい。
図５（ａ）は、バスバー６２の形状を模式的に表した図であり、図５（ｂ）は、ターミナルプレート３が変位したときのバスバー６２の変形形状を表した図であり、図５（ｃ）は部分接合部を備えない比較例のバスバー７２の形状を模式的に表した図であり、図５（ｄ）はターミナルプレート３が変位したときのバスバー７２の変形形状を表した図である。
図５（ａ）に示すように、バスバー６２は、第１接合部６２１、第２接合部６２２、非接合部６２３を備える。また、第１接合部６２１と非接合部６２３との間、第２接合部６２２と非接合部６２３との間に、それぞれ第１部分接合部６２４、第２部分接合部６２５を備える。なお、第１接合部６２１と第２接合部６２２は、それぞれターミナルプレート３及び端子台２３に対して、燃料電池セルと平行な向きで接続されている。
ターミナルプレート３が変位した場合、図５（ｂ）の実線で示すように、バスバー６２は変形する。第１部分接合部６２４、第２部分接合部６２５の剛性は、第１接合部６２１、第２接合部６２２よりも小さく、非接合部６２３よりも大きいため、接合部と部分接合部との境界、部分接合部と非接合部との境界の２か所ずつで曲がる。
一方、部分接合部を備えない比較例のバスバー７２の場合、ターミナルプレート３が変位したときに、図５（ｄ）の実線で示すように、接合部と非接合部との境界部で曲げが発生する。実施例のバスバー６２と比較すると、境界部における曲げが大きくなり、曲げ部の応力が大きくなる。
言い換えれば、実施例のバスバー６２は比較例のバスバー７２と比べて発生する応力を小さく抑制することができ、より大きな変位に追従可能な、柔軟性の高いバスバーとなる。

０：燃料電池スタック
１：単セル
２，３：ターミナルプレート
４，５：インシュレータ（絶縁プレート）
６：プレッシャプレート
７，８：エンドプレート
９：ばね（弾性部材）
１０，１１：連結部（テンションプレート）
１２：ボルト
１３：スタックケース
２１：昇圧コンバータ
２２，２３：端子台（接続端子）
２４：コンバータケース
４１，４２，５２，６２，７２：バスバー
４２１，５２１，６２１，７２１：第１接合部
４２２，５２２，６２２，７２２：第２接合部
４２３，５２３，６２３，７２３：非接合部
４２４：部分接合部
４２５：第１屈曲部
４２６：第２屈曲部
４２７：第３屈曲部
６２４：第１部分接合部
６２５：第２部分接合部

Claims

燃料電池の単セルが複数個積層されたセル積層体と、前記セル積層体の積層方向の端部に配置された導電性のターミナルプレートと、前記積層方向に伸縮可能であって前記セル積層体及び前記ターミナルプレートを前記積層方向に押圧する弾性部材と、を含む燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに電気的に接続される機器と、
一端が前記ターミナルプレートと接続され、他端が前記機器の端子と接続される、導電性のバスバーと、を備え、
前記バスバーは、複数の金属板が積層されるとともに、前記ターミナルプレートとの接続部において前記複数の金属板どうしがすべて接合された第１接合部と、前記機器の端子との接続部において前記複数の金属板どうしがすべて接合された第２接合部と、前記第１接合部と前記第２接合部との間において前記複数の金属板どうしが接合されていない非接合部と、前記第１接合部と前記非接合部との間、及び、前記第２接合部と前記非接合部との間からなる群より選ばれる少なくとも一つの領域に、前記複数の金属板の内、一部の金属板どうしのみが接合された部分接合部と、を備える、燃料電池ユニット。
前記バスバーは、前記第１接合部と前記非接合部との間、及び、前記第２接合部と前記非接合部との間の両方の領域に、前記部分接合部を備える、請求項１に記載の燃料電池ユニット。
前記非接合部は、少なくとも１つの屈曲部を有する、請求項１又は２に記載の燃料電池ユニット。
積層する前記金属板の枚数は、４枚以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池ユニット。