JP3066736B2 - Fuel cell stack - Google Patents

Fuel cell stack

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JP3066736B2
JP3066736B2 JP9045128A JP4512897A JP3066736B2 JP 3066736 B2 JP3066736 B2 JP 3066736B2 JP 9045128 A JP9045128 A JP 9045128A JP 4512897 A JP4512897 A JP 4512897A JP 3066736 B2 JP3066736 B2 JP 3066736B2
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tightening
module group
pressure
fuel cell
plate
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浩明 鈴木
正 吉田
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溶融炭酸塩型燃料電池発電システム技術研究組合
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/248Means for compression of the fuel cell stacks
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高積層型の燃料電
池スタックの構造にかかり、特に電池モジュール自重に
よりスタックの上下に位置する各セルの締付圧力の差を
緩和するためのスタック分割締付構造を有するもので、
電池モジュールの安定的設置によりスタックの安全性を
確保する燃料電池スタックに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a highly stacked fuel cell stack, and more particularly to a stack split tightening for reducing a difference in tightening pressure between cells located above and below the stack due to the weight of a battery module. With an attached structure,
The present invention relates to a fuel cell stack that ensures stack safety by stably installing a battery module.

【0002】[0002]

【従来の技術】電解質板と、該電解質板を挟み込むアノ
ード及びカソードの両電極と、各電極の外側に設けられ
たセパレータとから構成されるセルは、ガスシール性を
確保するために、締め付け圧力を加えて構成部材を密着
させておかなければならない。図2は溶融炭酸塩型燃料
電池のスタックを構成する最小単位であるセルの基本構
成を示す。このセルにおいて、アノードに一つのセパレ
ータを通じて燃料ガスを、カソードには別のセパレータ
を通じて酸化剤ガスを供給し、そして電解質中で両ガス
が電気化学反応して、その際に電力が発生する。
2. Description of the Related Art A cell composed of an electrolyte plate, anode and cathode electrodes sandwiching the electrolyte plate, and a separator provided outside each electrode has a clamping pressure in order to ensure gas sealing. And the components must be kept in close contact. FIG. 2 shows a basic structure of a cell which is a minimum unit constituting a stack of a molten carbonate type fuel cell. In this cell, the anode is supplied with fuel gas through one separator and the cathode is supplied with oxidant gas through another separator, and both gases undergo an electrochemical reaction in the electrolyte, generating power.

【0003】各電極へ供給されるガスはセパレータで隔
離すると共に、セパレータの外側周囲を溶融した液状電
解質により、ウェットシールと称する方法でガスシール
される。複数のセルが積層されてなる積層セルは、ガス
シール性を確保するために適当な締付圧力が加えられ
る。締付圧力が小さ過ぎるとガスシール性が悪くなる。
The gas supplied to each electrode is separated by a separator, and the outside periphery of the separator is gas-sealed by a molten liquid electrolyte by a method called wet sealing. An appropriate tightening pressure is applied to a stacked cell in which a plurality of cells are stacked to ensure gas sealing. If the tightening pressure is too small, the gas sealing performance will be poor.

【0004】また、各電極、電解質板は反応ガスに電気
化学反応を起こさせるため、細孔構造を有しており、細
孔の形状や大きさ、細孔表面積など適正な構造が存在し
ている。電極の細孔構造や電解質板の多孔質セラミック
スは締付圧力が適性値より大き過ぎると変形したり破損
したりして、電池性能を維持できなくなる。
Further, each electrode and electrolyte plate have a pore structure in order to cause an electrochemical reaction in the reaction gas, and an appropriate structure such as the shape and size of the pores and the pore surface area exists. I have. If the tightening pressure is too large, the pore structure of the electrode or the porous ceramic of the electrolyte plate will be deformed or damaged, and the battery performance will not be maintained.

【0005】セルを多数積層して容量を拡大することを
目的としている高積層形(大容量形)燃料電池スタック
においては、図3に示すように単純に高積層した構造で
は電池モジュールを多数積層すればするほど、スタック
の下部に位置するセルは、その上のセルの重量を多く受
けるので、スタック上端部のセルと下端部のセルの締付
圧力の差が大きくなり、適性値に対するずれが大きくな
り過ぎる。ここで電池モジュールは積層セルとその上下
に設けたガスヘッダとからなる構成をいう。この締付圧
力適性値からのずれは小さいほど望ましい。これは、面
圧が小さいとガスシール性が悪くなり、セル内の発電反
応に必要なガス流量が確保できなくなってセル性能(セ
ル電圧)が低下し、逆に面圧が大きすぎるとセル内の電
解質板や電極などの部材が変形あるいは割れを生じたり
して破損し、やはりセル性能が低下することになるから
である。
In a high-stack (large-capacity) fuel cell stack which aims to increase the capacity by stacking a large number of cells, a structure in which a plurality of cells are stacked simply as shown in FIG. The more cells that are located at the bottom of the stack, the greater the weight of the cells above them, so the difference between the tightening pressures of the cells at the top and bottom of the stack increases, and the deviation from the appropriate value is reduced. Too big. Here, the battery module has a configuration including a stacked cell and gas headers provided above and below the stacked cell. The smaller the deviation from the appropriate tightening pressure value, the better. This is because if the surface pressure is small, the gas sealing property is deteriorated, the gas flow required for the power generation reaction in the cell cannot be secured, and the cell performance (cell voltage) decreases. This is because members such as the electrolyte plate and the electrode are deformed or cracked or damaged, and the cell performance is also lowered.

【0006】この締付圧力の差を小さくする為に、高積
層された燃料電池スタックを積層方向で分割し、分割し
た単位毎に締め付ける方法が考えられている。例えば、
図4に示すように、燃料電池スタックを積層方向で2分
割して、上電池モジュール群1(電池モジュール1a、
1b、1c)と下電池モジュール群2(電池モジュール2
a、2b、2c)の上下2段に分け、各段ごとに圧力付
加装置を設けている。そしてモジュール群1、2の間に
中締付板4が設置されている。
In order to reduce the difference in the tightening pressure, a method has been considered in which a highly stacked fuel cell stack is divided in the stacking direction and tightened for each divided unit. For example,
As shown in FIG. 4, the fuel cell stack is divided into two in the stacking direction, and the upper cell module group 1 (cell module 1a,
1b, 1c) and the lower battery module group 2 (battery module 2
a, 2b, and 2c) are divided into upper and lower stages, and a pressure applying device is provided for each stage. An intermediate fastening plate 4 is provided between the module groups 1 and 2.

【0007】上電池モジュール群1は、その上に設置さ
れた圧力付加装置としての上締付ベローズ6と、この上
締付ベローズ6上に配置された上締付板3と、モジュー
ル群1下に位置する中締付板4と、各締付板3、4を連
結する締付ボルト8aとからなる締め付け手段を有して
いる。一方、下電池モジュール群2は、その下に設置さ
れた下締付ベローズ7と、この下締付ベローズ7の下に
配置された下締付板5と、モジュール群2上に位置する
上記の中締付板4と、各締付板4、5を連結する締付ボ
ルト8bとからなる締め付け手段を有している。上締付
ベローズ6は中締付板4と上締付板3と間でモジュール
群1に締付力を付加し、また下締付ベローズ7は中締付
板4と下締付板5との間でモジュール群2に締付力を付
加することとなる。特に下締付ベローズ7は下から下電
池モジュール群2を押し上げて中締付板4に押しつけて
締付力を付加する。下電池モジュール群2にはその上に
積層した部材全ての重量が作用することになるので、下
締付ベローズ7はこの積層部材重量による締付力と、セ
ル自身が必要とする締付力との差分の締付力を付加する
ことで所定の締付面圧を得ることができ、このように分
割単位の締付面圧の差を小さくすることによりスタック
全体における締付面圧差を減少させることができる。
The upper battery module group 1 includes an upper tightening bellows 6 as a pressure applying device installed thereon, an upper tightening plate 3 disposed on the upper tightening bellows 6, and a lower module group 1. And a tightening means including a tightening bolt 8a for connecting the respective tightening plates 3 and 4 to each other. On the other hand, the lower battery module group 2 includes a lower tightening bellows 7 installed thereunder, a lower tightening plate 5 arranged below the lower tightening bellows 7, and the above-described module located on the module group 2. It has a tightening means including a middle tightening plate 4 and a tightening bolt 8b connecting the respective tightening plates 4 and 5. The upper tightening bellows 6 applies a tightening force to the module group 1 between the middle tightening plate 4 and the upper tightening plate 3, and the lower tightening bellows 7 controls the middle tightening plate 4 and the lower tightening plate 5. A tightening force is applied to the module group 2 during the period. In particular, the lower tightening bellows 7 pushes up the lower battery module group 2 from below and presses it against the middle tightening plate 4 to apply a tightening force. Since the weight of all the members stacked on the lower battery module group 2 acts on the lower battery module group 2, the lower tightening bellows 7 has the tightening force due to the weight of the stacked member and the tightening force required by the cell itself. A predetermined tightening surface pressure can be obtained by adding a tightening force of the difference of the above. By thus reducing the difference in the tightening surface pressure of the divided units, the tightening surface pressure difference in the entire stack is reduced. be able to.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記の図4に示す構造
においては次の問題がある。すなわち、図5に示すよう
に、下電池モジュール群2に面圧を付加する下締付ベロ
ーズ7が破損して押し上げ力が抜けてしまったような場
合、下締付ベローズ7は下電池モジュール群2に付加し
ていた締付力を失ってしまうと共に、モジュール群2の
重量で収縮する。このとき、下締付ベローズ7上面に直
接積層された下電池モジュール群2は、下締付ベローズ
7の収縮が終了するまで下方に下がり続け、また、上電
池モジュール群1は締付ボルト8bのみで支持されて、
不安定な状態で支持されることになるので、上電池モジ
ュール群1の倒壊の危険があり、そうなれば電池モジュ
ールのみならず収納装置、圧力付加装置を含む燃料電池
スタック全体に対して大きな損害を与えることとなる。
The structure shown in FIG. 4 has the following problem. That is, as shown in FIG. 5, in a case where the lower tightening bellows 7 for applying a surface pressure to the lower battery module group 2 is broken and the pushing-up force is released, the lower tightening bellows 7 is attached to the lower battery module group. The module group 2 loses the tightening force applied thereto and contracts due to the weight of the module group 2. At this time, the lower battery module group 2 directly laminated on the upper surface of the lower tightening bellows 7 continues to descend until the lower tightening bellows 7 contracts, and the upper battery module group 1 includes only the tightening bolt 8b. Supported by
Since the upper battery module group 1 is supported in an unstable state, there is a risk of collapse of the upper battery module group 1, and in that case, not only the battery modules but also the entire fuel cell stack including the storage device and the pressure applying device is greatly damaged. Will be given.

【0009】また地震発生時などには、下電池モジュー
ル群2は、弾力性のある締付ベローズ7の上に直接積層
されているため、地震による揺れに対して不安定とな
り、倒壊の危険性が高くなる。
In the event of an earthquake or the like, the lower battery module group 2 is directly stacked on the elastic tightening bellows 7, so that the lower battery module group 2 becomes unstable against shaking due to an earthquake, and may fall. Will be higher.

【0010】上記のように電池モジュールを直接締付ベ
ローズのような圧力付加装置上に積層して圧力付加装置
から上方への荷重を伝える構造では、圧力付加装置が圧
縮力を失った場合や地震による揺れに対する危険回避手
段がない。
In the structure in which the battery module is directly stacked on a pressure applying device such as a tightening bellows to transmit a load upward from the pressure applying device as described above, when the pressure applying device loses a compressive force or when an earthquake occurs. There are no danger avoidance measures against shaking due to.

【0011】本発明は、上記の事情に鑑みてなされもの
で、スタックの上下に位置する各セルの締付圧力の差を
緩和するためのスタック分割締付構造を有する高積層型
で、電池モジュールを安定して設置することにより、ス
タックの安全性を確保できる燃料電池スタックを提供す
ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a highly stacked battery module having a stack divisional tightening structure for reducing a difference in tightening pressure between cells located above and below a stack. It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack that can secure the safety of the stack by stably installing the fuel cell stack.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の燃料電池スタックは、電解質板の一面に正
電極を、他面に負電極を有するセルの複数を、セパレー
タを介して上下に積層して形成された積層セルと、この
積層セルの上下に設けたガスヘッダとからなる電池モジ
ュールの複数を段積みしたスタックであって、複数の電
池モジュールを上面に載置し、かつ下方の基礎土台に脚
を介して固定された架台と、複数の電池モジュールを上
下2分割した上側モジュール群と下側モジュール群との
間に挿入した中間締付板と、上側モジュール群の上に設
置され、伸縮により圧力を付加または除去する第1圧力
付加装置と、この第1圧力付加装置の上部に取り付けら
れた上締付板と、上側モジュール群の周りを垂下し上締
付板と中間締付板とをつなぐ連結部材と、架台の下面に
設置され、伸縮により圧力を付加または除去する第2圧
力付加装置と、この第2圧力付加装置の下端部に取り付
けられた下締付板と、下側モジュール群架台及び脚の
周りを垂下し中間締付板と下締付板とをつなぐ連結部材
と、を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a fuel cell stack according to the present invention comprises a plurality of cells having a positive electrode on one side of an electrolyte plate and a negative electrode on the other side of the cell, with a separator interposed therebetween. A stack in which a plurality of battery modules each including a stacked cell formed by stacking vertically and gas headers provided above and below the stacked cell are stacked, and the plurality of battery modules are placed on an upper surface , and Legs on the foundation
A frame fixed through the upper module group, an intermediate fastening plate inserted between an upper module group and a lower module group in which a plurality of battery modules are divided into upper and lower parts, and a pressure A first pressure applying device for adding or removing the pressure, an upper tightening plate attached to the upper part of the first pressure applying device, and a lower hanging around the upper module group, connecting the upper tightening plate and the intermediate tightening plate. A connecting member, a second pressure applying device installed on the lower surface of the gantry and applying or removing pressure by expansion and contraction, a lower tightening plate attached to a lower end of the second pressure applying device, a lower module group , A connection member is provided which hangs around the gantry and the legs and connects the intermediate fastening plate and the lower fastening plate.

【0013】そして第1、第2圧力付加装置は圧縮ガス
で伸縮するベローズであることが好ましい。
Preferably, the first and second pressure applying devices are bellows which expand and contract with compressed gas.

【0014】上記の構成によれば、下側モジュール群へ
の必要面圧を与える圧縮荷重は、中間締付板に連結する
連結部材を下向きに引っ張る第2圧力付加装置の圧縮
力、すなわち第2圧力付加装置が伸びるときに発生する
圧縮荷重により得られる。よって第2圧力付加装置は下
側モジュール群に必要な荷重を作用させることが可能で
あり、これは従来の圧力付加装置が備えるべき機能を十
分に満足している。その上で本発明の構成によれば、第
2圧力付加装置が何らかの原因で圧縮力を発生させるこ
とができなくなった場合でも、下側モジュール群は架台
に載せてあるため、その位置を動かされることがなく、
下側モジュール群への圧縮荷重が不足する現象が生じる
に過ぎない。下側モジュール群の位置が動かないという
ことは、下側モジュール群の上面に積層されている部材
全てが動かないということでもある。すなわち本発明の
構成によれば、架台よりも下方に位置する第2圧力付加
装置に圧縮力を作用させる機能が失われても、段積みさ
れた電池モジュール群全体は高さ方向及び水平方向への
変位がなく、常に静的な状態に置くことができる。した
がって燃料電池スタック全体の倒壊等の危機を回避する
ことが可能となり、より安全な信頼性のある燃料電池ス
タックを得ることができる。
According to the above configuration, the compressive load for applying the necessary surface pressure to the lower module group is the compressive force of the second pressure applying device that pulls the connecting member connected to the intermediate tightening plate downward, that is, the second compressive load. It is obtained by the compressive load generated when the pressure applying device is extended. Therefore, the second pressure applying device can apply a required load to the lower module group, which sufficiently satisfies the functions to be provided by the conventional pressure applying device. In addition, according to the configuration of the present invention, even if the second pressure applying device cannot generate a compressive force for some reason, the position of the lower module group is moved because the lower module group is mounted on the gantry. Without
Only the phenomenon that the compressive load on the lower module group is insufficient occurs. The fact that the position of the lower module group does not move means that all the members stacked on the upper surface of the lower module group do not move. That is, according to the configuration of the present invention, even if the function of applying a compressive force to the second pressure applying device located below the gantry is lost, the entire stacked battery module group is moved in the height direction and the horizontal direction. There is no displacement and can always be put in a static state. Therefore, it is possible to avoid a crisis such as collapse of the entire fuel cell stack, and to obtain a safer and more reliable fuel cell stack.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて説明する。図1は本実施の形態の燃料電池スタック
の全体構造を示す図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a diagram showing the overall structure of the fuel cell stack according to the present embodiment.

【0016】この燃料電池スタックは、図1に示すよう
にスタックを構成する複数の電池モジュールを上下に2
分割し、これにより電池モジュール21a,21b,2
1cによって構成される上電池モジュール群21と、電
池モジュール22a,22b,22cによって構成され
る下電池モジュール群22とを有している。なお、各電
池モジュールは積層セル18とその上下に設置されたガ
スヘッダ19、20とから構成されているが、電池モジ
ュールとして積層セル18の上中下の位置にガスヘッダ
を備えたものもあり、これも同様に扱う。
In this fuel cell stack, as shown in FIG.
The battery modules 21a, 21b, 2
1c, and a lower battery module group 22 composed of battery modules 22a, 22b, 22c. Each battery module is composed of a stacked cell 18 and gas headers 19 and 20 disposed above and below the stacked cell 18. Some battery modules have gas headers at upper, middle and lower positions of the stacked cell 18, respectively. Is treated similarly.

【0017】上電池モジュール群21上には第1圧力付
加装置として上締付ベローズ23が設置されおり、これ
らベローズ23、モジュール群21は、上締付ベローズ
23の上に配置された上締付板25とモジュール群21
の下に配置された中締付板26とにより挟まれている。
そして上締付板25と中締付板26は、上締付ベローズ
23および上電池モジュール群21の周りを垂下する4
本の長尺のボルト28(連結部材)により連結されてお
り、ボルト28の上下端はナット34a、34bにより
締付板25、26に取り付けられている。一方、下電池
モジュール群22は、基礎土台33に脚31を介して固
定された支持架台30上面に載置され、上記の中締付板
26がモジュール群22上に位置している。支持架台3
0の下面には第2圧力付加装置として下締付ベローズ2
4がその上面を取り付けて設置され、さらに下締付ベロ
ーズ24の下面には下締付板27が取り付けられてい
る。中締付板26と下締付板27は、下電池モジュール
群22、支持架台30及び下締付ベローズ24の周りを
垂下する4本の長尺のボルト29(連結部材)により連結
されており、ボルト29の上下端はナット34c、34
dにより締付板26、27に取り付けられている。この
ように構成された燃料電池スタックにおいては、全ての
電池モジュールはその支持架台によって支持され、全て
の電池モジュールの重量が支持架台にかかることにな
る。
An upper tightening bellows 23 is provided on the upper battery module group 21 as a first pressure applying device. The bellows 23 and the module group 21 are mounted on the upper tightening bellows 23. Plate 25 and module group 21
Is sandwiched by the middle fastening plate 26 disposed under the center.
Then, the upper tightening plate 25 and the middle tightening plate 26 are suspended around the upper tightening bellows 23 and the upper battery module group 21.
The upper and lower ends of the bolt 28 are attached to the fastening plates 25 and 26 by nuts 34a and 34b. On the other hand, the lower battery module group 22 is mounted on the upper surface of the support base 30 fixed to the base base 33 via the legs 31, and the above-mentioned middle fastening plate 26 is located on the module group 22. Support stand 3
Bottom tightening bellows 2 as a second pressure applying device
4 is installed with its upper surface attached, and a lower fastening plate 27 is attached to the lower surface of the lower fastening bellows 24. The middle tightening plate 26 and the lower tightening plate 27 are connected by four long bolts 29 (connecting members) hanging around the lower battery module group 22, the support base 30 and the lower tightening bellows 24. The upper and lower ends of the bolt 29 are nuts 34c and 34
It is attached to the fastening plates 26 and 27 by d. In the fuel cell stack configured as described above, all the battery modules are supported by the support cradle, and the weight of all the battery modules is applied to the support cradle.

【0018】図1に示す燃料電池スタックは、圧力容器
32の中に収納されている。これは、周知のとおり、燃
料電池を運転する際に電池モジュールを加圧雰囲気下に
置くことにより性能が向上するからである。尤も圧力容
器は必ずしも必要ではない。支持架台30の脚31は圧
力容器32の底板を貫通して基礎土台33まで延びて設
置されている。脚31は構造用鋼材 SS400 のH形鋼等
で、また下締付ベローズ24や支持架台30、下締付板
27は SS400 等で製作された溶接構造物である。中締
付板26はステンレス鋼 SUS304 等の材料による溶接構
造物である。
The fuel cell stack shown in FIG. 1 is housed in a pressure vessel 32. This is because, as is well known, the performance is improved by placing the cell module under a pressurized atmosphere when operating the fuel cell. However, a pressure vessel is not necessary. The legs 31 of the support gantry 30 extend through the bottom plate of the pressure vessel 32 to the base 33. The legs 31 are H-shaped steel of structural steel material SS400 and the like, and the lower tightening bellows 24, the support base 30, and the lower tightening plate 27 are welded structures made of SS400 and the like. The intermediate fastening plate 26 is a welded structure made of a material such as stainless steel SUS304.

【0019】上締付ベローズ23及び下締付ベローズ2
4は、電池運転中に生じる積層電池モジュール群21、
22それぞれの収縮や熱膨張を吸収しながら一定の圧縮
力を積層電池モジュール群21、22に作用させる機能
を有する。
Upper tightening bellows 23 and lower tightening bellows 2
4 is a stacked battery module group 21 generated during battery operation,
22 has a function of applying a constant compressive force to the stacked battery module groups 21 and 22 while absorbing their respective contractions and thermal expansions.

【0020】上締付ベローズ23及び下締付ベローズ2
4は外部装置により窒素ガスなどを注入出されて膨張ま
たは収縮する。上締付ベローズ23は膨張して、上締付
板25と中締付板26との間に圧縮荷重を発生させ、上
電池モジュール群21に必要となる所定の締付荷重を作
用させる。
Upper tightening bellows 23 and lower tightening bellows 2
Numeral 4 expands or contracts by injecting nitrogen gas or the like from an external device. The upper tightening bellows 23 expands to generate a compressive load between the upper tightening plate 25 and the middle tightening plate 26 to apply a predetermined tightening load necessary for the upper battery module group 21.

【0021】また、下締付ベローズ24が膨張すると、
下締付ベローズ24上面は支持架台30によって抑えら
れているので、下締付ベローズ24下面が下方向に伸張
し、下締付板27が下方向に押し下げられ、下締付板2
7に接続されている下締付ボルト29によって中締付板
26に下向きの引張荷重が作用し、下電池モジュール群
22に中締付板26と支持架台30の間で必要となる所
定の締付荷重が作用する。なお、本実施の形態では圧力
付加装置としてベローズを用いたが、代わりに例えば油
圧シリンダを用いてもよい。
When the lower tightening bellows 24 expands,
Since the upper surface of the lower tightening bellows 24 is held down by the support frame 30, the lower surface of the lower tightening bellows 24 extends downward, and the lower tightening plate 27 is pushed down, thereby lowering the lower tightening plate 2.
7, a downward tensile load is applied to the middle tightening plate 26 by the lower tightening bolt 29, and a predetermined tightening required for the lower battery module group 22 between the middle tightening plate 26 and the support base 30. Load is applied. Although the bellows is used as the pressure applying device in the present embodiment, for example, a hydraulic cylinder may be used instead.

【0022】以上の構成によると、下電池モジュール群
22には、該モジュール群22上面に積層された部材の
重量、すなわち中締付板26、上電池モジュール群2
1、上締付ベローズ23、上締付板25、上締付ボルト
28、ナット34a〜34dおよび下締付ボルト29、
下締付ベローズ24、下締付板27の重量の合計による
荷重が作用する。これらの重量によって生じる面圧と、
下締付ベローズ24によって付加する面圧との合計が、
燃料電池に必要な面圧となるように下締付ベローズ24
の圧力を調整する。
According to the above configuration, the lower battery module group 22 includes the weight of the members stacked on the upper surface of the module group 22, that is, the middle fastening plate 26, the upper battery module group 2
1, upper tightening bellows 23, upper tightening plate 25, upper tightening bolt 28, nuts 34a to 34d and lower tightening bolt 29,
A load acts on the total weight of the lower tightening bellows 24 and the lower tightening plate 27. Surface pressure caused by these weights,
The sum of the surface pressure applied by the lower tightening bellows 24 and
Lower tightening bellows 24 so that the surface pressure required for the fuel cell is attained.
Adjust pressure.

【0023】一方、上電池モジュール群21には、上締
付板25、上締付ベローズ23の合計重量によって生じ
る面圧と、上締付ベローズ23で作用させる面圧との合
計が燃料電池に必要な面圧となるように上締付ベローズ
23の圧力を調節する。
On the other hand, in the upper battery module group 21, the total of the surface pressure generated by the total weight of the upper tightening plate 25 and the upper tightening bellows 23 and the surface pressure applied by the upper tightening bellows 23 is applied to the fuel cell. The pressure of the upper tightening bellows 23 is adjusted so that a necessary surface pressure is obtained.

【0024】上記のように、積層する複数の燃料電池モ
ジュールを、上下の電池モジュール群21,22に分割
して締け付けているので、燃料電池モジュール群全体に
生じる最大の面圧差は、各積層電池モジュール群単位の
自重により生じる面圧差に減少される。このように燃料
電池の積層セル数が増加した大容量型燃料電池の場合、
分割しないで締め付けた場合の面圧差が許容範囲を越え
る場合には、積層燃料電池モジュールを2分割すること
で面圧差を減少させることができる。
As described above, since a plurality of fuel cell modules to be stacked are divided into upper and lower cell module groups 21 and 22 and fastened, the maximum surface pressure difference generated in the entire fuel cell module group is The surface pressure difference caused by the weight of the stacked battery module group unit is reduced. In the case of a large-capacity fuel cell in which the number of fuel cells is increased,
If the surface pressure difference when tightening without dividing exceeds the allowable range, the surface pressure difference can be reduced by dividing the laminated fuel cell module into two parts.

【0025】上記のような面圧差を許容範囲内におさえ
る積層電池モジュール群を2分割し、上下に締付ベロー
ズを配置した燃料電池スタックにおいて、上電池モジュ
ール群21は中締付板26を介して下電池モジュール群
22に積層されており、下電池モジュール群22は支持
架台30上に固定されており、支持架台30は脚31に
固定され、脚31は基礎土台33に固定されているの
で、下電池モジュール群22が支持架台30に据え付け
られて以降は、上下の積層電池モジュール群21,22
は熱膨張やセル収縮以外の作用で上下動することはな
い。例えば、下締付ベローズ24が膨張して面圧を下電
池モジュール群22に付加しているときに故障して膨張
力を失い、下締付ベローズ24が収縮したとしても、上
下の積層電池モジュール群21,22には位置の変動は
生じない。
In the fuel cell stack in which the stacked battery module group which keeps the surface pressure difference within the allowable range as described above is divided into two and the tightening bellows are arranged on the upper and lower sides, the upper battery module group 21 has the middle tightening plate 26 interposed therebetween. The lower battery module group 22 is fixed on the support base 30, the support base 30 is fixed to the legs 31, and the legs 31 are fixed to the base base 33. After the lower battery module group 22 is installed on the support base 30, the upper and lower stacked battery module groups 21, 22
Does not move up and down due to actions other than thermal expansion and cell shrinkage. For example, even if the lower tightening bellows 24 expands and fails while applying the surface pressure to the lower battery module group 22 to lose the expansion force, and the lower tightening bellows 24 contracts, the upper and lower stacked battery modules The groups 21 and 22 do not change in position.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明によれば、段積みした複数の電池
モジュールを上下2分割し、各モジュール群に圧力付加
装置を設けて、スタックの上下に位置するセルの締付圧
力の差を緩和する高積層形の燃料電池スタックにおい
て、全電池モジュールを基礎土台に固定された架台に載
置し、分割された上側モジュール群を該上側モジュール
群上に設置した第1圧力付加装置により締め付け、分割
された下側モジュール群を架台の下面に設置した第2圧
力付加装置により締め付けるように構成したので、上記
圧力付加装置が不測の事態で故障して所定の圧縮力を各
モジュール群に対して付加する機能が失われた場合、特
に下側の第2圧力付加装置が故障した場合でも、全電池
基礎土台に固定された架台により支持されているた
め、モジュール群の倒壊などの大きな損害を防止でき、
圧力付加装置が負担する面圧分不足するというだけの最
小限の損害に抑えることができ、燃料電池スタックの安
全性を向上させることができる。
According to the present invention, a plurality of stacked battery modules are divided into upper and lower parts, and a pressure applying device is provided in each module group to reduce a difference in tightening pressure between cells located above and below the stack. In a high-stack fuel cell stack, all the battery modules are placed on a gantry fixed to a base, and the divided upper module group is placed in the upper module.
The first pressure application device installed on the group is tightened, and the divided lower module group is configured to be tightened by the second pressure application device installed on the lower surface of the gantry. If the function of applying a predetermined compressive force to each module group is lost, especially when the lower second pressure applying device fails, all batteries are supported by the base fixed to the base base. It can prevent large damage such as collapse of modules,
It is possible to suppress the damage to a minimum, which is only a shortage of the surface pressure borne by the pressure applying device, and to improve the safety of the fuel cell stack.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態である燃料電池スタックの
全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

【図2】電池セルの基本構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration of a battery cell.

【図3】高積層形燃料電池スタックの締付構造の従来例
を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a conventional example of a fastening structure for a highly stacked fuel cell stack.

【図4】高積層燃料電池スタックでスタック上下のセル
に加えられる面圧差を緩和する締付構造を有する従来例
を示す図である。
FIG. 4 is a view showing a conventional example having a tightening structure for reducing a surface pressure difference applied to cells above and below a stack in a high-stack fuel cell stack.

【図5】図4に示す締付構造における問題点を説明する
図である。
FIG. 5 is a view for explaining a problem in the fastening structure shown in FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

18 積層セル 19,20 ガスヘッダ 21 上電池モジュール群 21a,21b,21c 電池モジュール 22 下電池モジュール群 22a,22b,22c 電池モジュール 23 上締付ベローズ 24 下締付ベローズ 25 上締付板 26 中締付板 27 下締付板 28 上締付ボルト 29 下締付ボルト 30 支持架台 31 脚 32 圧力容器 33 基礎土台 34a,34b,34c,34d ナット 18 Stacked cell 19, 20 Gas header 21 Upper battery module group 21a, 21b, 21c Battery module 22 Lower battery module group 22a, 22b, 22c Battery module 23 Upper tightening bellows 24 Lower tightening bellows 25 Upper tightening plate 26 Medium tightening Plate 27 Lower tightening plate 28 Upper tightening bolt 29 Lower tightening bolt 30 Support base 31 Leg 32 Pressure vessel 33 Base base 34a, 34b, 34c, 34d Nut

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−60902(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/00 - 8/24 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (56) References JP-A-6-60902 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 8/00-8/24

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電解質板の一面に正電極を、他面に負電
極を有するセルの複数を、セパレータを介して上下に積
層して形成された積層セルと、該積層セルの上下に設け
たガスヘッダとからなる電池モジュールの複数を段積み
した燃料電池スタックにおいて、前記複数の電池モジュ
ールを上面に載置し、かつ下方の基礎土台に脚を介して
固定された架台と、前記複数の電池モジュールを上下2
分割した上側モジュール群と下側モジュール群との間に
挿入した中間締付板と、前記上側モジュール群の上に設
置され、伸縮により圧力を付加または除去する第1圧力
付加装置と、該第1圧力付加装置の上部に取り付けられ
た上締付板と、前記上側モジュール群の周りを垂下し前
記上締付板と前記中間締付板とをつなぐ連結部材と、前
記架台の下面に設置され、伸縮により圧力を付加または
除去する第2圧力付加装置と、該第2圧力付加装置の下
端部に取り付けられた下締付板と、前記下側モジュール
前記架台及び前記脚の周りを垂下し前記中間締付板
と前記下締付板とをつなぐ連結部材と、を設けたことを
特徴とする燃料電池スタック。
1. A laminated cell formed by vertically laminating a plurality of cells having a positive electrode on one surface of an electrolyte plate and a negative electrode on the other surface with a separator interposed therebetween, and provided above and below the laminated cell. In a fuel cell stack in which a plurality of battery modules each including a gas header are stacked, the plurality of battery modules are mounted on an upper surface , and the lower base is interposed via legs.
The fixed base and the plurality of battery modules are vertically
An intermediate fastening plate inserted between the divided upper module group and the lower module group, a first pressure application device installed on the upper module group to apply or remove pressure by expansion and contraction; An upper tightening plate attached to an upper portion of the pressure applying device, a connecting member hanging down around the upper module group and connecting the upper tightening plate and the intermediate tightening plate, and installed on a lower surface of the gantry; A second pressure applying device for applying or removing pressure by expansion and contraction, a lower tightening plate attached to a lower end of the second pressure applying device, and a hanging around the lower module group , the gantry and the legs. A fuel cell stack, comprising: a connecting member that connects the intermediate tightening plate and the lower tightening plate.
【請求項2】 前記第1、第2圧力付加装置は圧縮ガス
で伸縮するベローズであることを特徴とする請求項1記
載の燃料電池スタック。
2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the first and second pressure applying devices are bellows that expand and contract with compressed gas.
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