JP3916912B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、単位燃料電池（以下、単位セルという）をセパレータを介して複数積層した積層体を有する燃料電池スタックに関し、特に、積層体を枠体で挟装してなる燃料電池スタックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な燃料電池スタックは、単位セルが所定数積層されるとともに互いに電気的に直列接続されてなる積層体が１組のエンドプレートの間に介装され、且つ該１組のエンドプレートの外側に配置された１組のバックアッププレート同士がタイロッド等の緊締部材で緊締されることにより構成されており、この緊締により、積層体および１組のエンドプレートが加圧保持されている。また、後述するように積層体が伸縮したときにも前記加圧状態が保持されるように、通常、一方のエンドプレートとバックアッププレートとの間には、皿ばねやブラダー等が介装されている。
【０００３】
前記単位セルは、電解質膜の両側にアノード電極とカソード電極が設けられて構成された電極膜構造体と、この電極膜構造体を挟持する１対のセパレータとを備えている。セパレータにおいてアノード電極に対向する面には、アノード電極に燃料ガス（例えば、水素を主成分とする水素含有ガス）を供給・排出するための第１ガス流路が設けられており、セパレータにおいてカソード電極に対向する面には、カソード電極に酸化剤ガス（例えば、酸素を含有する酸素含有ガス）を供給・排出するための第２ガス流路が設けられている。
【０００４】
このように構成された燃料電池スタックを運転するに際しては、アノード電極に供給された水素含有ガス中の水素がアノード電極を構成する電極触媒層上で電離し、その結果、水素イオンと電子が生成する。このうち、水素イオンは電解質膜を介してカソード電極側へと移動する。この間、電子は外部回路に取り出され、直流の電気工ネルギとして利用された後、カソード電極に至る。
カソード電極には空気等の酸素含有ガスが供給されているため、カソード電極において、前記水素イオン、前記電子および酸素含有ガス中の酸素が反応して水が生成する。
【０００５】
この種の燃料電池スタックは、例えば、自動車等の車輛の車体に搭載される。この場合、上記の電気化学反応により発生した電気エネルギでモータを駆動することにより化学的エネルギを機械的エネルギに変換し、これにより車輛が走行する。このように燃料電池スタックを駆動源として走行する車輛、いわゆる燃料電池車は、温暖化の原因となるＣＯ₂や、大気汚染物質となるＮＯｘあるいはＳＯｘ、炭化水素ガス等の排出量が著しく少ないことから、環境保護に対して大きく貢献することができるものとして着目されている。
【０００６】
ところで、前記従来の燃料電池スタックを車体に搭載する場合、例えば、両バックアッププレート、または−端のバックアッププレートと他端の工ンドプレートにマウント用ブラケットをそれぞれ固定し、両マウント用ブラケットを車体に連結している。つまり、燃料電池スタックはマウント用ブラケットを介して車体に搭載される。
【０００７】
そして、この場合、マウント用ブラケットのうちの一方は、ボルト等で車体に堅牢に連結するが、他方のマウント用ブラケットは、車体に対して摺動自在に連結する。他方のマウント用ブラケットを車体に対して摺動自在に連結する理由は、燃料電池スタックが積層体の積層方向に寸法変化するときにこれを吸収して、燃料電池スタックに過大な応力が加わらないようにしたり、単位セル４１同士の電気的接続状態（接触状態）を常に良好に保持するためである。燃料電池スタックが積層方向に寸法変化する場合としては、例えば、発電により発熱し温度上昇して熱膨張を起こしたり運転停止により冷却されて熱収縮を起こしたときや、車輌の発進時や停止時など加速度が加わったときなどがある。
【０００８】
しかしながら、このように車体に対して摺動自在に連結したマウント用ブラケットは、車体を走行させた際に生じた振動や衝撃によって燃料電池スタックに加わる荷重を十分に受けることができない。そのため、車輛に堅牢に連結される側のマウント用ブラケットで前記荷重の多くを支持することができるようにする必要があり、その結果、このマウント用ブラケットを大型にせざるを得なかった。
このために、燃料電池スタックの搭載スペースが大きくなるという欠点があった。また、マウント用ブラケツトの重量が大きくなるので必然的に燃料電池スタックの重量も大きくなり、したがって、車輌を走行させる際に大きな駆動力が必要となるという不利点があった。
【０００９】
また、両バックアッププレートに固定されたマウント用ブラケットを介して燃料電池スタックを車体に搭載する場合、両バックアッププレートと両エンドプレートとの間に、エンドプレートの垂直方向の荷重を受けるための部材、例えば、ガイドピン等が必要になるなど構造が複雑になった。
【００１０】
そこで、これらの問題を解決するものとして、積層体とこの積層体の一端側に配置したエンドプレートを箱形のケースに収容するとともに、ケースとエンドプレートとの間に積層体を積層方向に加圧するための加圧部材を配置させた燃料電池スタックが考えられる（以下、この構造の燃料電池スタックを、説明の都合上、ボックス型の燃料電池スタックという）。このようにすると、積層体を加圧保持するためのタイロッドが不要になり、燃料電池スタックをケースを介して車輌に堅牢に取り付けることが可能になり、マウント用ブラケットのような取り付け部材も小型にできる。このボックス型の燃料電池スタックでは、積層体を締め付ける力は枠体と前記加圧部材によって生じることになり、その反作用として枠体に引っ張り力が作用することとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池スタックでは、正常でない単位セル（すなわち、故障あるいは劣化した単位セル）の早期発見等のために各単位セルの発電状態を管理する必要があり、そのために単位セル毎に電圧（以下、セル電圧という）の検出を行っている（特開平11-339828号公報等）。このセル電圧を検出するために、各単位セルの１対のセパレータを制御装置（ＥＣＵ）の電圧検出回路に接続する。
この場合、前記ボックス型の燃料電池スタックでは、ケースの天板等に積層体の積層方向と平行に長孔を開け、この長孔を介して、ケースの外側に設置された制御装置とケースの内部に収容されているセパレータとを電気的に接続することが考えられる。
【００１２】
しかしながら、このように構成したボックス型の燃料電池スタックにおいては、ケースの天板に長孔を開けたことによりねじれ剛性が弱まってしまう。特に、燃料電池スタックを車輌の車体に搭載した場合、車輌走行時の振動等により燃料電池スタックにねじれ方向の力が作用することは避けられないので、これに対する改善が望まれる。
また、天板に長孔があいていると、そこからケース内に水や埃等が侵入することも考えられ、それらが積層体に付着して燃料電池スタックの性能低下の原因になる虞もあった。
そこで、この発明は、枠体で積層体を挟装するタイプの燃料電池スタックにおいて、ねじれ剛性を高め、水や埃等の侵入を防止することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、電解質（例えば、後述する実施の形態における電解質膜４２）の両側にアノード電極（例えば、後述する実施の形態におけるアノード電極４３）とカソード電極（例えば、後述する実施の形態におけるカソード電極４４）を配しさらにその外側にセパレータ（例えば、後述する実施の形態におけるセパレータ４８ａ，４８ｂ）を配してなる単位燃料電池（例えば、後述する実施の形態における単位セル４１）を複数積層した積層体（例えば、後述する実施の形態における積層体４０）と、前記積層体の少なくとも一端側に設けられたエンドプレート（例えば、後述する実施の形態におけるエンドプレート７２）と、前記積層体の積層方向の前後に配置されて前記積層体および前記エンドプレートを挟装する一対の支持板（例えば、後述する実施の形態における支持板６１，６２）およびこの支持板同士を連結し前記積層体の積層方向に沿って配置された連結板（例えば、後述する実施の形態における底板６３，天板６４，側板６５，６６）を有する枠体（例えば、後述する実施の形態におけるボックス６０）と、前記積層体を積層方向に加圧せしめる加圧部材（例えば、後述する実施の形態における皿ばね７４）と、を備える燃料電池スタック（例えば、後述する実施の形態における燃料電池スタック１）において、前記枠体の少なくとも１つの連結板（例えば、後述する実施の形態における天板６４）には開口部（例えば、後述する実施の形態における端子取り出し孔６４ａ）が設けられ、この開口部の周縁は立ち上げられており、この開口部を覆い連結板のねじれ剛性を高めるカバー（例えば、後述する実施の形態におけるカバー３）が該連結板に固定されており、前記カバーは、下部を開口させた細長い箱状のキャップ部（例えば、後述する実施の形態におけるキャップ部１１）と、このキャップ部の下部周縁から張り出し前記連結板に固定されるフランジ部（例えば、後述する実施の形態におけるフランジ部１３）と、を有することを特徴とする。
このように構成することにより、開口部の周縁を立ち上げたことにより開口部周縁の剛性を高めることができ、また、開口部を覆い連結板に固定されたカバーによって枠体のねじれ剛性が高まり、したがって、燃料電池スタックのねじれ剛性を高めることが可能になる。
また、開口部の周縁の立ち上がりにより、枠体の内部に異物が入りにくくなる。
【００１４】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記開口部は前記単位燃料電池のセル電圧を検出するための接続用開口であり、前記開口部を備えた前記連結板と前記カバーとの間にはセル電圧検出用の端子（例えば、後述する実施の形態における端子６）が設置されていることを特徴とする。
このように構成することにより、セル電圧検出用の接続用開口が開口している連結板がカバーによって補強され、これによって枠体のねじれ剛性が高まり、その結果、燃料電池スタックのねじれ剛性を高めることが可能になる。また、前記開口部を介して前記セル電圧検出用の端子とセパレータを接続することが可能になる。
【００１５】
請求項３に記載した発明は、請求項２に記載の発明において、前記積層体の積層方向は水平方向であり、前記開口部を備える前記連結板は前記積層体の上部に位置することを特徴とする。
このように構成することにより、開口部から水や埃が侵入して積層体に付着するのを防止することが可能になる。
請求項４に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、 前記開口部の周囲に当接するホルダ本体を備え、このホルダ本体は前記カバーと前記連結板により挟持されていることを特徴とする。
このように構成することにより、開口部を有する連結板の機械的強度が向上し、枠体のねじれ剛性が向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る燃料電池スタックの一実施の形態を図１から図７の図面を参照して説明する。
図１は燃料電池スタック１の外観斜視図、図２は同縦断面図、図３は同分解斜視図であり、これらの図に示すように、燃料電池スタック１は、内部に積層体４０等を収容させたボックス（枠体）６０と、ボックス６０の上部に固定されたカバー３と、カバー３の上部に設置された制御装置（ＥＣＵ）４とを備えている。
【００１７】
初めに、ボックス６０に収容されている積層体４０について、図３〜図５を参照して説明する。
積層体４０は、所定数の単位セル４１が互いに電気的に直列に接続されるとともに矢印Ａ方向に積層されて構成されている。
図４は単位セル４１の要部拡大断面図、図５は単位セル４１の分解斜視図であり、単位セル４１は、電解質膜４２の両側にアノード電極４３とカソード電極４４を配してなる電極膜構造体４５を備えている。電解質膜４２はパーフルオロスルホン酸の薄膜に水を含浸させたもの等のような水素イオン導電体が選定される。
【００１８】
アノード電極４３およびカソード電極４４は、カーボンクロス等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に積層されてなる電極触媒層（図示せず）とをそれぞれ有し、電極触媒層同士が電解質膜４２を介して対向するように電解質膜４２に接合されている。電解質膜４２は額縁状シール部材４６の開口部に収容保持されており、カソード電極４４またはアノード電極４３はガスケット４７ａ，４７ｂの開ロ部に収容保持されている。単位セル４１は、これらガスケット４７ａ，４７ｂと電極膜構造体４５を保持する額縁状シール部材４６とが１対のセパレータ４８ａ，４８ｂで挟持されることによって構成される。
【００１９】
これらセパレータ４８ａ，４８ｂにおけるアノード電極４３に対向する面には、アノード電極４３に水素含有ガスを供給・排出するための第１ガス流路４９が設けられている。同様に、カソード電極４４に対向する面には、カソード電極４４に酸素含有ガスを供給・排出するための第２ガス流路５０が設けられている。
【００２０】
また、セパレータ４８ａ，４８ｂ、ガスケット４７ａ，４７ｂおよび額縁状シール部材４６には、図５において右上隅角部に水素含有ガスを通過させるための第１ガス入口通路５１が設けられており、且つその対角位置には、未反応の水素含有ガスを通過させるための第１ガス出口通路５２が設けられている。同様に、図５において左上隅角部には酸素含有ガスを通過させるための第２ガス入口通路５３が設けられており、その対角位置には、未反応の酸素含有ガスを通過させるための第２ガス出口通路５４が設けられている。第１ガス入口通路５１および第１ガス出口通路５２はいずれも第１ガス流路４９に連通しており、一方、第２ガス入口通路５３および第２ガス出口通路５４はいずれも第２ガス流路５０に連通している。
【００２１】
さらに、セパレータ４８ａ，４８ｂ、ガスケット４７ａ，４７ｂおよび額縁状シール部材４６には、第１ガス入口通路５１と第２ガス出口通路５４との間、および、第２ガス入口通路５３と第１ガス出口通路５２との間に、冷却水通路５５ａ，５５ｂがそれぞれ設けられている。
また、セパレータ４８ａ，４８ｂは、図５において左右上縁からセル電圧検出用の出力端子５６を上延させている。
【００２２】
積層体４０が収容されるボックス６０は、積層体４０の積層方向の前後に配置される支持板６１，６２と、積層体４０の下側に配置される底板（連結板）６３と、積層体４０の上側に配置される天板（連結板）６４と、積層体４０の両側部に配置される側板（連結板）６５，６６とを備え、これらを箱状に連結して構成される。なお、この実施の形態において、底板６３と天板６４と側板６５，６６は、積層体４０の積層方向に沿って配置されて支持板６１，６２同士を連結する連結板を構成し、底板６３および天板６４と側板６５，６６は互いにボルトにより連結され、両支持板６１，６２と連結板（すなわち、底板６３，天板６４，側板６５，６６）は図示しないピンによって連結される。
【００２３】
次に、積層体４０のボックス６０内での収容状態について図３を参照して説明する。
積層体４０においてその両最外端に位置する単位セル４１，４１には、集電用電極７０ａ，７０ｂがそれぞれ電気的に接続され、集電用電極７０ａの外側には、漏電防止用の絶縁プレート７１ａを介してエンドプレート７２が配置されている。エンドプレート７２のボックス６０側に臨む端面には複数の支軸７３が接合されており、各支軸７３には複数の皿ばね（加圧部材）７４が重ねて装着されている。また、エンドプレート７２の左右端部には横溝７２ａ，７２ａがそれぞれ設けられている。
【００２４】
また、ボックス６０と集電用電極７０ｂとの間にも、漏電を防止するために絶縁プレート７１ｂが介装されており、集電用電極７０ｂと絶縁プレート７１ｂには、第１ガス入口通路５１、第１ガス出口通路５２、第２ガス入口通路５３、第２ガス出口通路５４および冷却水通路５５ａ，５５ｂが設けられている。
【００２５】
ボックス６０における支持板６１の内面には、支軸７３に対応する箇所に挿入孔６７が設けられている。そして、支軸７３をこの挿入孔６７に挿入して皿ばね７４を支持板６１の内面に設けられた環状凹部６８の底面に着座させることによって、皿ばね７４は支持板６１とエンドプレート７２との間に圧縮された状態で介装される。これにより、エンドプレート７２が皿ばね７４によって積層体４０側に向かって常時弾発付勢され、その結果、積層体４０はエンドプレート７２によって押圧保持される。換言すれば、ボックス６０の両支持板６１，６２は積層体４０とエンドプレート７２を挟装し、積層体４０は皿ばね７４とエンドプレート７２によって加圧保持される。
【００２６】
また、ボックス６０の側板６５，６６における支持板６１側の内面には、エンドプレート７２に設けられた横溝７２ａ，７２ａに対応する箇所に、寸法が横溝７２ａに比してやや小さい突起部材６９が接合されている。この突起部材６９はエンドプレート７２の横溝７２ａに摺動自在に係合しており、この係合によりエンドプレート７２がボックス６０に支持されている。エンドプレート７２は、積層体４０が温度変化等によって積層方向へ伸縮したときに、突起部材６９にガイドされて積層方向に摺動し、皿ばね７４をそれに応じて圧縮あるいは伸張させて、積層体４０を所定の加圧状態に保持し、積層された単位セル４１同士の電気的接続状態（接触状態）を常に良好に保持する。
【００２７】
また、ボックス６０の支持板６２には、第１ガス入口通路５１、第１ガス出口通路５２、第２ガス入□通路５３、第２ガス出口通路５４および冷却水通路５５ａ，５５ｂが設けられている。
ボックス６０の第１および第２ガス入口通路５１，５３には水素含有ガス供給源、酸素含有ガス供給源（ともに図示せず）がそれぞれ連結され、第１および第２ガス出口通路５２，５４にはガス回収機構（図示せず）がそれぞれ連結される。さらに、ボックス６０の冷却水通路５５ａには図示しない冷却水供給源が連結され、冷却水通路５５ｂには図示しない冷却水回収機構が連結される。
【００２８】
水素含有ガス供給源から第１ガス入口通路５１に供給された水素含有ガスは、各単位セル４１の第１ガス流路４９を介してアノード電極４３に供給されて発電に供される。そして、未反応の水素含有ガスは第１ガス流路４９から第１ガス出口通路５２に排出される。
一方、酸素含有ガス供給源から第２ガス入□通路５３に供給された酸素含有ガスは、各単位セル４１の第２ガス流路５０を介してカソード電極４４に供給され、水素イオンおよび電子と反応する。そして、未反応の酸素含有ガスおよび生成水は第２ガス流路５０から第２ガス出口通路５４に排出される。
さらに、冷却水供給源から冷却水通路５５ａに供給された冷却水は、各単位セル４１の冷却水流路を通って冷却水通路５５ｂに排出される。これにより、発電によって温度上昇する燃料電池スタック１を冷却し、所定温度を越えないようにする。
【００２９】
また、ボックス６０の天板６４には、積層体４０の積層方向に沿って細長い端子取り出し孔（開口部）６４ａが平行に並んで二つ開口している。天板６４における端子取り出し孔６４ａの周縁は、異物（水滴等）が入りにくいように、および、端子取り出し孔６４ａの周縁の剛性を高めるために、若干上方に立ち上がっている。各端子取り出し孔６４ａには、積層体４０の各単位セル４１におけるセパレータ４８ａ，４８ｂから延設する左右の出力端子５６が挿通しており、各出力端子５６は端子取り出し孔６４ａから若干上方に突出している。
【００３０】
この天板６４の上には、各端子取り出し孔６４ａを跨ぐように二つの端子ホルダ２が配置され、さらに、これら端子ホルダ２の上から各端子取り出し孔６４ａを塞ぐカバー３が天板６４の上に固定され、カバー３の上部中央に制御装置４が固定されている。
端子ホルダ２は、図７に示すように、略逆Ｔ字形断面をなす長尺のホルダ本体５と、セパレータ４８ａ，４８ｂの出力端子５６に当接可能なセル電圧測定用の端子６を備えている。詳述すると、ホルダ本体５は、端子取り出し孔６４ａを跨いで配置される一対の脚部７，７と、これら脚部７，７を連結するとともに上方に膨出する頭部８からなり、端子６の上端が、両脚部７，７の間、すなわち頭部８の下部に埋め込まれるようにして固定されており、ホルダ本体５から露出する端子６の下端がセパレータ４８ａ，４８ｂの出力端子５６に当接可能となる。なお、ホルダ本体５は絶縁材料で形成されており、樹脂を射出成形して製造することができる。
【００３１】
また、ホルダ本体５には各端子６に接続されるハーネス（図示せず）も埋め込まれており、そのハーネスの束９がホルダ本体５から引き出されている。
また、ホルダ本体５の各脚部７の下面と頭部８の上面には、ゴム等の弾性材からなるクッション１０が取り付けられている。そして、脚部７，７の下面はクッション１０を介して、ボックス６０の天板６４における端子取り出し孔６４ａの周囲（正確に言えば端子取り出し孔６４ａの両側）に当接させている。
端子ホルダ２の各端子６とこれに対応するセパレータ４８ａ，４８ｂの各出力端子５６は、端子ホルダ２を端子取り出し孔６４ａの上方から下方に押し付けることにより、ワンタッチで互いに当接し接続できるようになっている。これにより、端子ホルダ２の端子６とセパレータ４８ａ，４８ｂの出力端子５６は端子取り出し孔６４ａを介して当接する。つまり、この実施の形態において、端子取り出し孔６４ａはセル電圧を検出するための接続用開口となる。
【００３２】
カバー３は、下部を開口させた細長い箱状の一対のキャップ部１１，１１と、両キャップ部１１，１１を連結する平板状の連結板１２が一体となって構成されている。各キャップ部１１は各端子ホルダ２を上から覆って収容し、キャップ部１１の頂部内面はホルダ本体５の頭部８にクッション１０を介して当接している。
また、キャップ部１１の下部周縁から張り出したフランジ部１３がボックス６０の天板６４にボルト１４で固定されている。つまり、カバー３は、その内面がクッション１０を介して端子ホルダ２の頭部８に当接するとともに、端子取り出し孔６４ａの周囲を覆って天板６４に固定されており、端子ホルダ２は天板６４とカバー３によって挟持されている。
【００３３】
そして、端子カバー３の連結板１２は、ボックス６０の天板６４の上において両端子取り出し孔６４ａ，６４ａの間に載置されており、この連結板１２の上に制御装置４が取り付けられている。すなわち、制御装置４は両端子取り出し孔６４ａ，６４ａの間に配置されている。制御装置４は積層体４０の各単位セル４１のセル電圧を検出する電圧検出回路を備えており、その電圧検出回路に端子ホルダ２の各端子６がハーネスを介して接続されている。そして、端子６と出力端子５６との接続により、各セパレータ４８ａ，４８ｂが制御装置４の電圧検出回路に接続される。したがって、この実施の形態においては、端子取り出し孔６４ａを介して各端子６と各セパレータ４８ａ、４８ｂが接続され、その結果、各単位セル４１毎のセル電圧を制御装置４で検出して発電状態を管理することができる。
【００３４】
このように構成された燃料電池スタック１においては、積層体４０をボックス６０内に収容して皿ばね７４で加圧保持するようにしているので、タイロッドを使用する必要がない。したがって、燃料電池スタック１の全体寸法を、タイロッド必要とする燃料電池スタックに比して極めて小さくすることができる。すなわち、燃料電池スタック１を小型化することができるので、この燃料電池スタック１を車輌に搭載する際のスペースも狭小化することができる。
【００３５】
また、この燃料電池スタック１においては、ボックス６０の天板６４とカバー３のキャップ部１１で端子ホルダ２を挟持し、端子ホルダ２を移動不能にすることができるので、端子ホルダ２の端子６とセパレータ４１の出力端子４２との接続状態を確実に保持することができ、端子６と出力端子４２が外れたり接触不良になるのを確実に阻止することができる。
【００３６】
さらに、端子ホルダ２の脚部７とボックス６０の天板６４との間、および、端子ホルダ２の頭部８とカバー３のキャップ部１１との間に、それぞれクッション１０が設けられているので、ボックス６０あるいはカバー３に振動が加わった時にその振動をクッション１０で吸収することができる。したがって、端子ホルダ２の振動を防止することができるので、端子ホルダ２の端子６とセパレータ４８ａ，４８ｂの出力端子５６との接続状態を確実に保持することができ、端子６と出力端子５６が外れたり接触不良になるのを確実に阻止することができる。
【００３７】
また、ボックス６０の天板６４とカバー３が端子ホルダ２を挟持しボルト１４で連結されて一体化されているので、端子取り出し孔６４ａを開口させた天板６４の機械的強度が大幅に向上し、天板６４のねじれ剛性ひいてはボックス６０のねじれ剛性が向上するので、車輌走行時の振動等により燃料電池スタック１にねじれ方向に力が作用したときにも、燃料電池スタック１が捻れにくくなる。
また、端子ホルダ２とボックス６０の端子取り出し孔６４ａをカバー３のキャップ部１１で覆っているので、端子ホルダ２の端子６とセパレータ４８ａ，４８ｂの出力端子５６との接続部に水や埃が付着するのを防止することができるとともに、端子取り出し孔６４ａからボックス６０内に水や埃が侵入して積層体４０に付着するのを防止することができる。
【００３８】
さらに、制御装置４をボックス６０の両端子取り出し孔６４ａの間に配置し、端子カバー３の両キャップ部１１の間に形成される空間に設置したので、スペースの有効利用により装置の小型化を図ることができる。
【００３９】
〔他の実施の形態〕
なお、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。
例えば、前述した実施の形態では、枠体を、支持板６１，６２を４枚の連結板（底板６３，天板６４，側板６５，６６）で連結してなる６面体のボックス６０で構成したが、支持板６１，６２を連結する連結板は互いに対向して配置される少なくとも２枚あれば足り、そのように構成された枠体であっても本発明は成立する。
【００４０】
また、前述した実施の形態では、開口部である端子取り出し孔６４ａを有する連結板を積層体４０の上部に位置する天板６４としたが、端子取り出し孔６４ａを底板６３あるいは側板６５，６６に設けて、それら連結板にカバー３を固定するようにしてもよい。
また、前述した実施の形態では、開口部である２つの端子取り出し孔６４ａを１つのカバー３で覆っているが、各端子取り出し孔６４ａ毎に別々のカバーを設置して覆うようにしてもよい。
さらに、前述した実施の形態では、開口部を端子取り出し孔としているが、開口部は、ボックス６０内に漏洩した反応ガスを外部に抽出するための孔であってもよい。
【００４１】
さらに、前述した実施の形態では、セパレータ４８ａ，４８ｂに出力端子５６を突設してこの出力端子５６をボックス６０における天板６４の端子取り出し孔６４ａから外方へ突出させ、その出力端子５６に、端子ホルダ２の端子６を当接させるようにしているが、出力端子５６を端子取り出し孔６４ａから外方へ突出させないで、端子ホルダ２の端子６を端子取り出し孔６４ａからボックス６０内に挿入させて、ボックス６０内に位置している出力端子５６に当接させるようにしてもよい。
また、前述した実施の形態では、制御装置４をカバー３の外側に配置したが、カバー３の内部に収納してもよい。このようにすると、制御装置４が被水するのを防止することもでき、より好ましい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に記載した発明によれば、開口部の周縁を立ち上げたことにより開口部周縁の剛性が高まり、開口部を覆い連結板に固定されたカバーによって枠体のねじれ剛性が高まり、したがって、燃料電池スタックのねじれ剛性を高めることができるので、車輌への搭載のようにねじれが作用する使用形態にも燃料電池スタックは十分に耐えることができるという優れた効果が奏される。また、開口部の周縁の立ち上がりにより、枠体の内部に異物が入りにくくなる。
【００４３】
請求項２に記載した発明によれば、セル電圧検出用の接続用開口が開口している連結板がカバーによって補強され、これによって枠体のねじれ剛性が高まり、その結果、燃料電池スタックのねじれ剛性を高めることができるので、車輌への搭載のようにねじれが作用する使用形態にも燃料電池スタックは十分に耐えることができるという優れた効果が奏される。また、前記開口部を介して前記セル電圧検出用の端子とセパレータを接続することができるので、各単位燃料電池毎の電圧を検出して発電状態を管理することができる。
請求項３に記載した発明によれば、開口部から水や埃が侵入して積層体に付着するのを防止することができるという優れた効果が奏される。
請求項４に記載した発明によれば、開口部を有する連結板の機械的強度が向上し、枠体のねじれ剛性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る燃料電池スタックの一実施の形態における外観斜視図である。
【図２】 前記実施の形態における燃料電池スタックの縦断面図である。
【図３】 前記実施の形態における燃料電池スタックの分解斜視図である。
【図４】 前記実施の形態における燃料電池スタックの積層体の要部拡大断面図である。
【図５】 前記実施の形態における燃料電池スタックの単位セルの分解斜視図である。
【図６】 前記実施の形態における燃料電池スタックの枠体の天板とカバーの外観斜視図である。
【図７】 前記実施の形態における燃料電池スタックの端子ホルダの外観斜視図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池スタック
３ カバー
６ 端子
４０ 積層体
４１ 単位セル（単位燃料電池）
４２ 電解質膜（電解質）
４３ アノード電極
４４ カソード電極
４８ａ，４８ｂ セパレータ
６０ ボックス（枠体）
６１，６２ 支持板
６３ 底板（連結板）
６４ 天板（連結板）
６４ａ 端子取り出し孔（開口部）
６５，６６ 側板（連結板）
７２ エンドプレート
７４ 皿ばね（加圧部材）

Claims (4)

1. 電解質の両側にアノード電極とカソード電極を配しさらにその外側にセパレータを配してなる単位燃料電池を複数積層した積層体と、
   前記積層体の少なくとも一端側に設けられたエンドプレートと、
   前記積層体の積層方向の前後に配置されて前記積層体および前記エンドプレートを挟装する一対の支持板およびこの支持板同士を連結し前記積層体の積層方向に沿って配置された連結板を有する枠体と、
   前記積層体を積層方向に加圧せしめる加圧部材と、
   を備える燃料電池スタックにおいて、
   前記枠体の少なくとも１つの連結板には開口部が設けられ、この開口部の周縁は立ち上げられており、この開口部を覆い連結板のねじれ剛性を高めるカバーが該連結板に固定されており、前記カバーは、下部を開口させた細長い箱状のキャップ部と、このキャップ部の下部周縁から張り出し前記連結板に固定されるフランジ部と、を有することを特徴とする燃料電池スタック。
2. 前記開口部は前記単位燃料電池のセル電圧を検出するための接続用開口であり、前記開口部を備えた前記連結板と前記カバーとの間にはセル電圧検出用の端子が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
3. 前記積層体の積層方向は水平方向であり、前記開口部を備える前記連結板は前記積層体の上部に位置することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池スタック。
4. 前記開口部の周囲に当接するホルダ本体を備え、このホルダ本体は前記カバーと前記連結板により挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。

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