JP2023073544A - 燃料電池ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】応力が集中しやすいバスバーの幅方向端部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：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）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の幅方向端部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、を備え、
前記第１接合部と前記非接合部との境界である第１境界線、及び、前記第２接合部と前記非接合部との境界である第２境界線からなる群より選ばれる少なくとも一種の境界線が、前記金属板の幅方向の中央部よりも幅方向の端部のほうが、前記非接合部が大きくなるように形成されている、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、前記第１境界線、及び、前記第２境界線の両方が、前記金属板の幅方向の中央部よりも幅方向の端部のほうが、前記非接合部が大きくなるように形成されていてもよい。

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、前記第１接合部及び前記第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。

本開示の燃料電池ユニットにおいては、前記第１接合部及び前記第２接合部の内の少なくとも一方は、３つ以上のボルト締結穴を有し、３つ以上の当該ボルト締結穴は、前記バスバーの長手方向に沿って２列以上に並んで配置され、前記第１境界線、及び、前記第２境界線の各境界線に最も近い第１列の前記ボルト締結穴の数は、それ以外の列の内のボルト締結穴の数が最も多い第ｎ列（ｎは２以上の整数）の当該ボルト締結穴の数よりも少なく設定され、
前記第１列の少なくとも１つの前記ボルト締結穴は、当該ボルト締結穴の数が最も多い前記第ｎ列の当該ボルト締結穴の内、前記バスバーの幅方向の端部から最も近い位置に配置されている当該ボルト締結穴よりも当該バスバーの幅方向の中央寄りに配置されていてもよい。

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の幅方向端部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は、比較例のバスバー５２を示す図である。 図５は、比較例のバスバー５２について、ターミナル３が単セル１の積層方向及び単セル１の幅と平行な方向の両方に変位したときに発生する応力をＣＡＥ解析した結果を示す図である。 図６は、バスバー４２の第２接合部４２２付近を、締結ボルトの挿入方向から見た図である。 図７は、バスバー６２の第２接合部６２２付近を、締結ボルトの挿入方向から見た図である。 図８は、バスバー７２の第２接合部７２２付近を、締結ボルトの挿入方向から見た図である。 図９は、バスバー８２の第２接合部付近を、締結ボルトの挿入方向から見た図である。 図１０は、バスバー９２を図１と同じ向きから見た模式図である。 図１１は、バスバー９２を第２接合部９２２のボルト締結方向から見た図である。

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、を備え、
前記第１接合部と前記非接合部との境界である第１境界線、及び、前記第２接合部と前記非接合部との境界である第２境界線からなる群より選ばれる少なくとも一種の境界線が、前記金属板の幅方向の中央部よりも幅方向の端部のほうが、前記非接合部が大きくなるように形成されている、燃料電池ユニットを提供する。

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の境界線は、幅方向（板幅）の中央部よりも端部の方が非接合部が大きくなるように形成されている。
本開示の燃料電池ユニットでは、セルの積層方向にターミナルプレートが変位するが、例えば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。本開示の燃料電池ユニットでは、ターミナルプレートがセルと平行に変位した場合であっても、バスバーの接合部と非接合部との間の境界線の幅方向の端部で発生する応力を抑制し、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、を備える。
第１接合部と非接合部との境界である第１境界線、及び、第２接合部と非接合部との境界である第２境界線からなる群より選ばれる少なくとも一種の境界線が、金属板の幅方向の中央部よりも幅方向の端部のほうが、非接合部が大きくなるように形成されている。
本開示の燃料電池ユニットにおいては、第１境界線、及び、第２境界線の両方が、金属板の幅方向の中央部よりも幅方向の端部のほうが、非接合部が大きくなるように形成されていてもよい。
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。
バスバーの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。

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。
ここで、ターミナルプレート３は、一般には上述の通り、セルの積層方向である図２の左右方向に変位するが、例えば燃料電池に車両衝突など大きな外部荷重入力があった場合には、ターミナルプレート３がセルと平行に（例えば紙面と垂直方向に）ずれる場合がある。

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３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、３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、３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との間は、３枚の銅板どうしが接合されておらず、この部分を非接合部４２３と定義する。非接合部４２３では、３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。図３において、第１接合部４２１と非接合部４２３との境界線である第１境界線４２７、及び第２接合部４２２と非接合部４２３との境界線である第２境界線４２８を、それぞれ破線で示している。
それぞれの境界線は、バスバーの長手方向と直交し幅方向の端部間を接続する１本の線分ではなく、金属板の幅方向中央部よりも両端部の方が非接合部４２３のエリアが広くなるように屈曲して形成されている。

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４２４、第２屈曲部４２５、第３屈曲部４２６を備える。第３屈曲部４２６は、第２接合部４２２から最も近い屈曲部である。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。また、車両衝突などの外部入力が発生したときは、ターミナルプレート３が紙面の垂直方向に変位する場合がある。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は、比較例のバスバー５２を示す図である。
バスバー５２は、第１接合部５２１、第２接合部５２２、非接合部５２３を備え、第１接合部５２１と非接合部５２３との第１境界線５２７、第２接合部５２２と非接合部５２３との第２境界線５２８のそれぞれが屈曲しておらず、バスバーの長手方向と直交して幅方向の端部間を接続する１本の線分である。
図５は、比較例のバスバー５２について、ターミナルプレート３が単セル１の積層方向及び単セル１の幅と平行な方向の両方に変位したときに発生する応力をＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析した結果を示す図である。応力の分布を、コンターで示しており、図５の丸で囲まれた第２境界線５２８の端部付近で局所的に応力が高くなり、応力の最大値が発生している。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。
そこで、本実施形態においては、前述の図３で示したように、第１境界線４２７、第２境界線４２８のそれぞれが、バスバーの長手方向と直交して幅方向の端部間を接続する１本の線分ではなく、金属板の幅方向中央部よりも両端部の方が非接合部４２３のエリアが広くなるように屈曲して形成されている。
これにより、応力の極大値が発生する位置を移動させて、応力集中を緩和でき、最大応力値を小さくすることができる。つまり、ターミナルプレート３の変位が大きい場合でも最大応力が小さく、柔軟性の高いバスバーとなる。
なお、図３で示す実施形態において、第１境界線４２７、第２境界線４２８のそれぞれが屈曲しているが、どちらか一方のみの境界線が屈曲していても良い。例えば図５に示すように、第２境界線の端部で応力が大きくなることが分かっている場合には、第２境界線のみを屈曲させ、第１境界線はバスバーの長手方向と直交し幅方向の端部間を接続する線分であっても良い。

本開示の燃料電池ユニットにおいては、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。
図６は、バスバー４２の第２接合部４２２付近を、締結ボルトの挿入方向から見た図である。図６において、第２接合部４２２のエリアを斜線でハッチングしており、非接合部４２３には、ハッチングしていない。
図６に示すように、バスバー４２の第２接合部４２２と非接合部４２３との第２境界線４２８は、金属板の幅方向中央部では図６において水平に延びる線分であり、両端部が図６の上方に向かって折れ曲がっている。言い換えれば、金属板（バスバー）の幅方向の中央部よりも端部の方が非接合部４２３のエリアが大きくなるように、第２境界線４２８が形成されている。比較例のバスバー５２において、最大応力が発生していた地点が非接合部となり変形しやすくなることで、局所的な応力の集中を抑制し、周囲に応力を分散して、最大応力を抑制することができる。
また、バスバー４２では、第２接合部４２２の中央付近にボルト締結穴が設定されている。ボルト締結穴周辺では、適切にボルト締結するために、ボルト座面に相当するエリア（ボルト穴を中心とする２点鎖線の円で囲まれた範囲）を接合しておいてもよいが、図６の構成であれば、ボルト座面を接合しつつ、幅方向の端部の非接合部のエリアを広げることができ、応力の集中を緩和することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、バスバー４２の代わりに、境界線の形状が第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。
図７は、バスバー６２の第２接合部６２２付近を、締結ボルトの挿入方向から見た図である。図７において、第２接合部６２２のエリアを斜線でハッチングしており、非接合部６２３には、ハッチングしていない。
図７に示すように、バスバー６２の第２接合部６２２と非接合部６２３との第２境界線６２８は、金属板の幅方向中央部では図６において水平に延びる線分であり、両端部が図６の上方に向かって円弧状に曲がっている。言い換えれば、金属板（バスバー）の幅方向の中央部よりも端部の方が非接合部６２３のエリアが大きくなるように、第２境界線６２８が形成されている。第１実施形態の場合、最大応力点が境界線の曲げ点に移動し、なお高い応力が発生する可能性があるが、境界線の幅方向中央部と幅方向端部との間を滑らかに接続することにより、周囲に応力を分散して、最大応力を抑制することができる。
境界線の曲がり方は特に限定されず、金属板（バスバー）の幅方向の中央部よりも端部の方が非接合部のエリアが広くなるように曲げられていれば良い。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、端子台２３に締結されるボルトの本数が異なるバスバー７２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。
本開示の燃料電池ユニットにおいては、第１接合部及び第２接合部の内の少なくとも一方は、３つ以上のボルト締結穴を有していてもよい。
３つ以上の当該ボルト締結穴は、バスバーの長手方向に沿って２列以上に並んで配置されていてもよい。
第１境界線、及び、第２境界線の各境界線に最も近い第１列のボルト締結穴の数は、それ以外の列の内のボルト締結穴の数が最も多い第ｎ列（ｎは２以上の整数）の当該ボルト締結穴の数よりも少なく設定されていてもよい。
第１列の少なくとも１つのボルト締結穴は、当該ボルト締結穴の数が最も多い第ｎ列の当該ボルト締結穴の内、バスバーの幅方向の端部から最も近い位置に配置されている当該ボルト締結穴よりも当該バスバーの幅方向の中央寄りに配置されていてもよい。これにより非接合部の範囲が広がるように、境界線の端部を屈曲させ易くすることができる。
第１列のすべてのボルト締結穴は、当該ボルト締結穴の数が最も多い第ｎ列の当該ボルト締結穴の内、バスバーの幅方向の端部から最も近い位置に配置されている当該ボルト締結穴よりも当該バスバーの幅方向の中央寄りに配置されていてもよい。これにより非接合部の範囲が広がるように、境界線の端部をより屈曲させ易くすることができる。

図８は、バスバー７２の第２接合部７２２付近を、締結ボルトの挿入方向から見た図である。図８において、第２接合部７２２のエリアを斜線でハッチングしており、非接合部７２３には、ハッチングしていない。
図８に示すように、バスバー７２は、端子台２３との締結点（ボルト締結穴）が３点あり、それぞれの締結座面を２点鎖線で示している。ここで締結点（ボルト締結穴）は、バスバー７２の長手方向に沿って２列に並んでおり、バスバー７２の第２接合部７２２と非接合部７２３との第２境界線７２８に近い列は遠い列よりも締結点（ボルト締結穴）の数が少なく設定されている。また、第２境界線７２８に近い列の締結点（ボルト締結穴）の位置は、遠い列の締結点（ボルト締結穴）の位置よりも幅方向の中央寄りに設定されている。
一方、図９は、バスバー８２の第２接合部付近を、締結ボルトの挿入方向から見た図である。図９では、バスバー８２の第２接合部８２２と非接合部８２３との第２境界線８２８に近い列に遠い列よりも締結点（ボルト締結穴）が多く設定されている。また、第２境界線８２８に近い列の締結点（ボルト締結穴）の位置は、遠い列の締結点（ボルト締結穴）の位置よりも幅方向の端部寄りに設定されている。
図８の場合の方が、図９の場合よりも非接合部の範囲が広がるように境界線の端部を屈曲させ易い。図８のバスバー７２のように締結点（ボルト締結穴）を配置することで、締結点（ボルト締結穴）を増やした場合であっても、第２境界線７２８の端部を、非接合部７２３の範囲が広がるように屈曲させやすくなる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態は、バスバー４２、６２等とはターミナルプレートとの接続部の向きが異なるバスバー９２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１０は、バスバー９２を図１と同じ向きから見た模式図である。
図１１は、バスバー９２を第２接合部９２２のボルト締結方向から見た図である。
図１０に示すように、バスバー９２のターミナルプレート３、及び端子台２３との接続面は単セル１と平行であり、燃料電池の周囲の環境の変化等によりターミナル３が図１０の左右方向（矢印の向き）に変位する。また、車両衝突などが発生した場合には、ターミナルプレート３が図１０の紙面と垂直方向に変位する場合もあり、このとき、第１接合部９２１と非接合部９２３との境界である第１境界線９２７と、第２接合部９２２と非接合部９２３との境界である第２境界線９２８の、それぞれの幅方向の端部で応力が高くなることが考えられる。
ところが、本実施形態のバスバー９２は、図１１に示すように、第１境界線９２１と第２境界線９２２のそれぞれが、幅方向の中央部よりも端部の方が非接合部９２３のエリアが広がるように形成されている。
これにより、第１境界線９２７、第２境界線９２８のそれぞれの端部で、応力集中により応力が過大になることを抑制できる。

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
４１，４２，５２，６２，７２，８２，９２：バスバー
４２１，５２１，９２１：第１接合部
４２２，５２２，６２２，７２２，８２２，９２２：第２接合部
４２３，５２３，６２３，７２３，８２３，９２３：非接合部
４２４：第１屈曲部
４２５：第２屈曲部
４２６：第３屈曲部
４２７，５２７，９２７：第１境界線
４２８，５２８，６２８，７２８，８２８，９２８：第２境界線

Claims (5)

1. 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、を備え、
   前記第１接合部と前記非接合部との境界である第１境界線、及び、前記第２接合部と前記非接合部との境界である第２境界線からなる群より選ばれる少なくとも一種の境界線が、前記金属板の幅方向の中央部よりも幅方向の端部のほうが、前記非接合部が大きくなるように形成されている、燃料電池ユニット。
2. 前記第１境界線、及び、前記第２境界線の両方が、前記金属板の幅方向の中央部よりも幅方向の端部のほうが、前記非接合部が大きくなるように形成されている、
   請求項１に記載の燃料電池ユニット。
3. 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。
4. 前記第１接合部及び前記第２接合部は、少なくとも１つのボルト締結穴を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池ユニット。
5. 前記第１接合部及び前記第２接合部の内の少なくとも一方は、３つ以上のボルト締結穴を有し、３つ以上の当該ボルト締結穴は、前記バスバーの長手方向に沿って２列以上に並んで配置され、前記第１境界線、及び、前記第２境界線の各境界線に最も近い第１列の前記ボルト締結穴の数は、それ以外の列の内のボルト締結穴の数が最も多い第ｎ列（ｎは２以上の整数）の当該ボルト締結穴の数よりも少なく設定され、
   前記第１列の少なくとも１つの前記ボルト締結穴は、当該ボルト締結穴の数が最も多い前記第ｎ列の当該ボルト締結穴の内、前記バスバーの幅方向の端部から最も近い位置に配置されている当該ボルト締結穴よりも当該バスバーの幅方向の中央寄りに配置されている、請求項４に記載の燃料電池ユニット。

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