JP5098493B2 - 燃料電池用組立検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用組立検査装置に係り、特に、第１エンドプレートと、第１エンドプレートの上に置かれる集電板と、集電板の上に積層される複数の単セルとを含む燃料電池スタックを配置するベース板と、燃料電池スタックを押圧する押圧手段とを備え、押圧された燃料電池スタックに第２エンドプレートを取り付けて燃料電池を組立てる燃料電池用組立検査装置に関する。

燃料電池は、高効率と優れた環境特性を有する電池として近年脚光を浴びている。燃料電池は、一般的に、燃料ガスである水素に空気中の酸素を化学反応させて、電気エネルギをつくりだしている。そして、水素と酸素とが化学反応した結果として、水が生成される。燃料電池の種類は、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、アルカリ型、固体高分子型等がある。この中でも、常温で起動しかつ起動時間が速い等の利点を有する固体高分子型の燃料電池が注目されている。そのため、固体高分子型燃料電池は、車両、例えば、自動車等に使用されている。

固体高分子型燃料電池は、複数の単セル、集電板、エンドプレート等を積層して組み立てられる。そして、組み立てられた燃料電池について、燃料電池における発電検査やガス漏洩検査等が行われる。例えば、特許文献１には、燃料電池積層体において、燃料ガスや酸化剤ガスのガス漏洩を試験するためのガス漏洩試験方法が示されている。

特開２００１−２３６６５号公報

ところで、従来、燃料電池における組立検査では、単セルの発電検査をした後、燃料電池を組み立てて、燃料電池の発電検査を行っている。単セルの発電検査では、まず、単セル発電検査用治具で複数の単セルが重ねられる。そして、重ねられた複数の単セルに検査用燃料ガス、検査用酸化剤ガス、検査用冷却媒体を供給して単セルの発電検査が行われる。単セルの発電検査終了後、各々の単セルは、単セル発電検査治具から取り出される。ここで、不良品の単セルが検出された場合には、良品の単セルと交換される。

単セルの発電検査終了後、複数の単セルや集電板等を積層治具で積層して燃料電池スタックとし、燃料電池スタックにエンドプレート等を組付けて燃料電池を組み立てる。そして、組み立てられた燃料電池は、積層治具から取り出され、燃料電池に検査用燃料ガス、検査用酸化剤ガス、検査用冷却媒体等の供給配管や排出配管等を取り付けて、燃料電池における発電検査が行われる。燃料電池の発電検査が終了した後、上記検査用燃料ガス、検査用酸化剤ガス、検査用冷却媒体等の供給配管や排出配管等は燃料電池から取り外される。

このように、燃料電池における組立検査において、単セルの発電検査と、燃料電池の組み立てと、燃料電池の発電検査とは、異なる治具や装置で行われているため、単セル等について、発電検査ごとに治具や装置への取り付け及び取り外しが行われている。また、燃料電池の発電検査においては、組み立てられる燃料電池ごとに検査用燃料ガスと、検査用酸化剤ガスと、検査用冷却媒体とにおける供給配管と排出配管との取り付け及び取り外しが行われている。そのため、燃料電池における組立検査のための工数が増え、燃料電池における生産性が低下するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、燃料電池における組立検査のための工数をより低減し、燃料電池における生産性を更に向上させた燃料電池用組立検査装置を提供することである。

本発明に係る燃料電池用組立検査装置は、第１エンドプレートと、第１エンドプレートの上に置かれる集電板と、集電板の上に積層される複数の単セルとを含む燃料電池スタックを配置するベース板と、燃料電池スタックを押圧する押圧手段とを備え、押圧された燃料電池スタックに第２エンドプレートを取り付けて燃料電池を組み立てる燃料電池用組立検査装置であって、検査用燃料ガスを燃料電池スタックへ供給する燃料ガス供給路と、検査用燃料ガスを燃料電池スタックから排出する燃料ガス排出路と、検査用酸化剤ガスを燃料電池スタックへ供給する酸化剤ガス供給路と、検査用酸化剤ガスを燃料電池スタックから排出する酸化剤ガス排出路と、検査用冷却媒体を燃料電池スタックへ供給する冷却媒体供給路と、検査用冷却媒体を燃料電池スタックから排出する冷却媒体排出路とを有し、燃料ガス供給路と、燃料ガス排出路と、酸化剤ガス供給路と、酸化剤ガス排出路と、冷却媒体供給路と、冷却媒体排出路とは、第１エンドプレートに設けられた燃料ガス供給口と、燃料ガス排出口と、酸化剤ガス供給口と、酸化剤ガス排出口と、冷却媒体供給口と、冷却媒体排出口とに各々接続されることを特徴とする。

本発明に係る燃料電池用組立検査装置は、燃料ガス供給路と、燃料ガス排出路と、酸化剤ガス供給路と、酸化剤ガス排出路と、冷却媒体供給路と、冷却媒体排出路とは、ベース板に設けられた開口を通して、第１エンドプレートに設けられた燃料ガス供給口と、燃料ガス排出口と、酸化剤ガス供給口と、酸化剤ガス排出口と、冷却媒体供給口と、冷却媒体排出口とに各々接続されることを特徴とする。

本発明に係る燃料電池用組立検査装置は、積層される複数の単セルにおける積層方向を案内し、絶縁性材料で形成された案内部材を備えることを特徴とする。

本発明に係る燃料電池用組立検査装置は、積層される複数の単セルにおける積層方向を案内する案内部材と、発電検査時には積層される複数の単セルと案内部材とを非接触状態にするフローティング機構とを備えることを特徴とする。

本発明に係る燃料電池用組立検査装置において、第２エンドプレートは、テンションプレートで燃料電池スタックに取り付けられることを特徴とする。

本発明に係る燃料電池用組立検査装置は、複数の燃料電池スタックを同時に組立検査することを特徴とする。

上記のように本発明に係る燃料電池用組立検査装置によれば、単セルの発電検査と、燃料電池の組立と、燃料電池の発電検査とを一つの組立検査装置で行うことができるので、燃料電池における組立検査のための工数をより低減し、燃料電池における生産性を更に向上させることができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。まず、燃料電池の構成について説明する。図１は、燃料電池１０の構成を示す図である。図１に示す燃料電池１０は、２列の燃料電池スタック１２が配置されている。勿論、燃料電池１０に配置される燃料電池スタック１２は２列に限定されることはない。燃料電池スタック１２は、複数の単セル１４、集電板１６等が積層されて形成される。

単セル１４は、電解質膜の両側にそれぞれ触媒層が積層され、各々の触媒層にガス拡散層が積層されて膜電極接合体を構成し、更に、膜電極接合体にセパレータが積層されることにより構成される。

電解質膜は、アノード極側で発生した水素イオンをカソード極側まで移動させる機能等を有している。電解質膜の材料は、化学的に安定であるフッ素系樹脂、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸のイオン交換膜が使用される。

触媒層は、アノード極側での水素の酸化反応やカソード極側での酸素の還元反応を促進する機能を有している。そして、触媒層は、触媒と触媒の担体とを含んで構成される。触媒は、反応させる電極面積を大きくするため、一般的に粒子状にして、触媒の担体に付着して使用される。触媒には、水素の酸化反応や酸素の還元反応について、小さい活性化過電圧を有する白金族元素である白金等が使用される。触媒の担体としては、カーボン材料、例えば、カーボンブラック等が使用される。

ガス拡散層は、燃料ガスである、例えば、水素ガスや酸化剤ガスである、例えば、空気を触媒層に拡散させる機能や、電子を移動させる機能等を有している。そして、ガス拡散層には、導電性を有する材料であるカーボン繊維織布、カーボン紙等を使用することができる。そして、膜電極接合体は、電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層とを積層し、ヒートプレス等することにより製造することができる。

セパレータは、膜電極接合体のガス拡散層に積層され、隣設する単セル１４における燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する機能を有している。また、セパレータは、隣設する単セル１４を電気的に接続する機能を有している。セパレータには、燃料ガスや酸化剤ガスが流れるガス流路や、単セル１４を冷却する、例えば、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）や冷却水等の冷却媒体を流す冷却媒体流路等が形成されている。セパレータは、導電性を有する材料であるステンレス鋼等の金属材料や炭素材料等で形成することができる。

集電板１６は、積層される複数の単セル１４で生じた直流電流を取り出す機能を有している。集電板１６には、導電性を有する材料であるステンレス鋼や銅等の金属材料や炭素材料等を使用することができる。また、集電板１６には、ステンレス鋼や銅等の金属シート材に金メッキを施して用いてもよい。

エンドプレート２０、３４は、燃料電池スタック１２の両端部に配置される。エンドプレート２０、３４は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料により形成することができる。第１エンドプレート２０には、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を供給または排出するための開口が設けられる。図２は、第１エンドプレート２０の構成を示す図である。第１エンドプレート２０は、燃料電池スタック１２へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給口２２と、燃料電池スタック１２から電気化学反応後の燃料ガスを排出する燃料ガス排出口２４と、燃料電池スタック１２へ酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給口２６と、燃料電池スタック１２から電気化学反応後の酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出口２８と、燃料電池スタック１２へ冷却媒体を供給する冷却媒体供給口３０と、燃料電池スタック１２を冷却した冷却媒体を排出する冷却媒体排出口３２とを有している。

燃料ガス供給口２２と、燃料ガス排出口２４と、酸化剤ガス供給口２６と、酸化剤ガス排出口２８と、冷却媒体供給口３０と、冷却媒体排出口３２とには、各々開口の周りにシール溝が形成される。そして、各々のシール溝には、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体をシールするための、例えば、ゴム製のＯリングやガスケット等が嵌め込まれる。図１に示す燃料電池１０には２列の燃料電池スタック１２が配置されているので、燃料ガス供給口２２と、燃料ガス排出口２４と、酸化剤ガス供給口２６と、酸化剤ガス排出口２８と、冷却媒体供給口３０と、冷却媒体排出口３２とは、第１エンドプレート２０に各々２箇所設けられる。

再び、図１に戻り、第２エンドプレート３４には、後述するように、燃料電池スタック１２を加圧する加圧シリンダのアクチュエータ等を通すための開口が、燃料電池スタック１２ごとに設けられる。図１に示す燃料電池１０には２列の燃料電池スタック１２が配置されているので、第２エンドプレート３４には２箇所に開口が設けられる。また、第２エンドプレート３４には、燃料電池スタック１２を加圧する荷重を調整するための荷重調整ネジが、燃料電池スタック１２ごとに設けられる。

スプリングボックス３６は、燃料電池スタック１２をより均一に加圧し、燃料電池スタック１２に負荷される荷重を計測する機能を有している。スプリングボックス３６は、燃料電池スタックにおける第２エンドプレート３４と絶縁部材３８との間に配置される。スプリングボックス３６は、２枚の加圧板の間に複数のスプリングを設けることにより構成される。そのため、スプリングボックス３６を介して燃料電池スタック１２を加圧することにより、更に均一に燃料電池スタック１２を加圧することができるとともに、スプリングの変位量から燃料電池スタック１２に負荷される荷重を計測することができる。勿論、スプリングボックス３６に限定されることなく、ロードセルを備えた加圧板等を、例えば、２から１２箇所に用いることができる。

テンションプレート４０は、第１エンドプレート２０と第２エンドプレート３４とに、例えば、ボルト４２等により取り付けられる。テンションプレート４０は、各々燃料電池スタック１２に対して２枚ずつ取り付けられる。テンションプレート４０は、燃料電池スタック１２を所定の加圧力で加圧する機能を有している。そのため、例えば、単セル１４と単セル１４との間、単セル１４と集電板１６との間、集電板１６と第１エンドプレート２０との間等における燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体のシール性が確保される。

次に、燃料電池用組立検査装置の構成について説明する。図３は、燃料電池用組立検査装置５０の構成を示す図である。

第１ベースプレート５２は、第１エンドプレート２０と、第１エンドプレート２０の上に置かれる集電板１６と、集電板１６の上に積層される複数の単セル１４とを含む燃料電池スタック１２を配置するベース板である。第１ベースプレート５２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成することができる。

第１ベースプレート５２には、複数列の燃料電池スタック１２を配置することができる。図３では、２列の燃料電池スタック１２が第１ベースプレート５２に配置される場合を示しているが、勿論、配置される燃料電池スタック１２は、２列に限定されることはなく、３列でもよいし、１列でもよい。

第１ベースプレート５２には、燃料ガス供給配管５４と、燃料ガス排出配管５６と、酸化剤ガス供給配管５８と、酸化剤ガス排出配管６０と、冷却媒体供給配管６２と、冷却媒体排出配管６４とが接続される。燃料ガス供給配管５４は、例えば、水素ガス等の検査用燃料ガスを燃料電池スタック１２へ供給する燃料ガス供給路であり、燃料ガス排出配管５６は、電気化学反応後の検査用燃料ガスを燃料電池スタック１２から排出する燃料ガス排出路である。酸化剤ガス供給配管５８は、例えば、空気等の検査用酸化剤ガスを燃料電池スタック１２へ供給する酸化剤ガス供給路であり、酸化剤ガス排出配管６０は、電気化学反応後の検査用酸化剤ガスを燃料電池スタック１２から排出する酸化剤ガス排出路である。冷却媒体供給配管６２は、例えば、ＬＬＣ等の検査用冷却媒体を燃料電池スタック１２へ供給する冷却媒体供給路であり、冷却媒体排出配管６４は、燃料電池スタック１２を冷却した検査用冷却媒体を燃料電池スタック１２から排出する冷却媒体排出路である。

燃料ガス供給配管５４と、燃料ガス排出配管５６と、酸化剤ガス供給配管５８と、酸化剤ガス排出配管６０と、冷却媒体供給配管６２と、冷却媒体排出配管６４とは、第１エンドプレート２０に設けられた燃料ガス供給口２２と、燃料ガス排出口２４と、酸化剤ガス供給口２６と、酸化剤ガス排出口２８と、冷却媒体供給口３０と、冷却媒体排出口３２とに各々連通するようにして第１ベースプレート５２に各々接続される。

第１ベースプレート５２と第１エンドプレート２０との間には、フローティング機構を有する接続部を設けることが好ましい。これにより、燃料電池１０の発電検査で第１エンドプレート２０の端部が反った場合でも、フローティング機構により接続部が追従して第１ベースプレート５２と第１エンドプレート２０との間の検査用燃料ガス、検査用酸化剤ガス及び検査用冷却媒体のシール性が確保されるからである。また、第１ベースプレート５２と第１エンドプレート２０との間に、フローティング機構を有する接続部を設ける場合には、第１ベースプレート５２の平面度をより高くすることが好ましい。これにより、第１ベースプレート５２と第１エンドプレート２０との間のシール性を更に高めることができるからである。

第１ベースプレート５２には、燃料ガス供給配管５４と、燃料ガス排出配管５６と、酸化剤ガス供給配管５８と、酸化剤ガス排出配管６０と、冷却媒体供給配管６２と、冷却媒体排出配管６４とを通すための開口を設けることができる。これにより、燃料ガス供給配管５４と、燃料ガス排出配管５６と、酸化剤ガス供給配管５８と、酸化剤ガス排出配管６０と、冷却媒体供給配管６２と、冷却媒体排出配管６４とを、第１エンドプレート２０に設けられた燃料ガス供給口２２と、燃料ガス排出口２４と、酸化剤ガス供給口２６と、酸化剤ガス排出口２８と、冷却媒体供給口３０と、冷却媒体排出口３２とに、直接、ボルト等により接続することができる。これにより、テンションプレート４０を取り付けることにより第１エンドプレート２０に反り等が生じた場合でも、検査用燃料ガス、検査用酸化剤ガス及び検査用冷却媒体の漏れを抑制することができる。

図３に示すように、第１ベースプレート５２に２列の燃料電池スタック１２が配置される場合には、燃料ガス供給配管５４と、燃料ガス排出配管５６と、酸化剤ガス供給配管５８と、酸化剤ガス排出配管６０と、冷却媒体供給配管６２と、冷却媒体排出配管６４とは、各々２つの配管に分岐されて、各々燃料電池スタック１２の第１エンドプレート２０に設けられた燃料ガス供給口２２と、燃料ガス排出口２４と、酸化剤ガス供給口２６と、酸化剤ガス排出口２８と、冷却媒体供給口３０と、冷却媒体排出口３２とに接続される。

また、燃料ガス供給配管５４と、燃料ガス排出配管５６と、酸化剤ガス供給配管５８と、酸化剤ガス排出配管６０と、冷却媒体供給配管６２と、冷却媒体排出配管６４とは、共通のコネクタ６６に接続されていることが好ましい。検査用燃料ガス、検査用酸化剤ガス及び検査用冷却媒体を供給する供給装置へ、共通のコネクタ６６により上記６種類の配管を１箇所で接続することができるからである。

案内部材６８は、積層される複数の単セル１４における積層方向を案内する基準となる機能を有し、単セル１４と接触するようにして第１ベースプレート５２に取り付けられる。案内部材６８に複数の単セル１４を接触させて積層方向にガイドして積層することにより、より均一に単セル１４を積層することができる。案内部材６８は、図３に示すように、例えば、各々燃料電池スタック１２について、燃料電池スタック１２の背面に２箇所と、側面に１箇所とを設けることが好ましい。勿論、他の条件次第では、案内部材６８の配置は、上記配置に限定されることはない。また、案内部材６８には、燃料電池スタック１２の高さに応じて、案内部材６８の長さを伸縮して調節することができる機構を有していてもよい。

案内部材６８は、絶縁性材料で形成されることが好ましい。案内部材６８を絶縁性材料で形成することにより、案内部材６８と積層された複数の単セル１４との間の短絡を抑えて、案内部材６８を燃料電池用組立検査装置５０から取り外さないで発電試験を行うことができるからである。絶縁性材料には、例えば、エポキシ樹脂等の合成樹脂材料や酸化アルミニウム等のセラミックス材料を使用することができる。また、絶縁性材料には、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂を使用することが好ましい。ＰＥＥＫ樹脂はエポキシ樹脂より耐熱性に優れるので、ＰＥＥＫ樹脂製の案内部材６８を用いることにより積層精度が向上するからである。勿論、絶縁性材料は、上記材料に限定されることはない。

案内部材６８をステンレス鋼等の金属材料で形成する場合には、積層される複数の単セル１４と案内部材６８とを非接触状態とすることができるフローティング機構を設けることが好ましい。発電検査をする場合には、フローティング機構により案内部材６８を後方にスライドさせて、積層された複数の単セル１４と案内部材６８とが接触しないようにすることで短絡を防止できるからである。これにより、案内部材６８を燃料電池用組立検査装置５０から取り外しすることなく発電検査を実施することができる。

そして、発電検査時において、積層された複数の単セル１４と案内部材６８とが非接触状態となることで燃料電池スタック１２の保持が必要となる場合には、フローティング機構を有する絶縁性材料で形成された、燃料電池スタック１２を受けて保持する保持部材を設けてもよい。燃料電池用組立検査装置５０が横型の場合には、特に、燃料電池スタック１２を保持する必要があるからである。絶縁性材料には、上述した合成樹脂材料やセラミックス材料等を用いることができる。また、上記のフローティング機構には、一般的に、部材の移動等に用いられるフローティング機構を使用することができる。

加圧シリンダ７０は、燃料電池スタック１２を加圧する押圧手段であり、第２ベースプレート７２に配置される。加圧シリンダ７０のアクチュエータは、第２エンドプレート３４に形成された開口部から挿入され、スプリングボックス３６等を介して燃料電池スタック１２を加圧することができる。これにより、単セル１４と単セル１４との間、単セル１４と集電板１６との間、集電板１６とエンドプレートとの間等の検査用燃料ガス、検査用酸化剤ガス及び検査用冷却媒体のシール性を高めることができる。加圧シリンダ７０には、一般的な、油圧サーボシリンダ等を使用することができる。勿論、押圧手段は、加圧シリンダ７０に限定されることはなく、例えば、ボールネジ等で燃料電池スタック１２を加圧してもよい。

加圧シリンダ７０でスプリングボックス３６等を介して燃料電池スタック１２を加圧するときの加圧点は、例えば、第２エンドプレート３４に設けられた荷重調整ネジ７６で荷重調整するときの加圧点と異なる位置に設けることが好ましい。そのため、燃料電池スタック１２に加圧シリンダ７０で予備荷重を負荷することにより、第１エンドプレート２０と第２エンドプレート３４とに荷重が負荷されていない状態でテンションプレート４０を組み付けることができる。そして、所定の組付け位置に容易にテンションプレート４０を組み付けることができ、テンションプレート４０組付け時の自由度をより高めることができる。

複数列の燃料電池スタック１２が第１ベースプレート５２に配置される場合には、加圧シリンダ７０は、燃料電池スタック１２ごとに設けることが好ましい。例えば、図３に示すように、２列の燃料電池スタック１２が第１ベースプレート５２に配置される場合には、加圧シリンダ７０は、各々の燃料電池スタック１２に設けられ、合計２個の加圧シリンダ７０が第２ベースプレート７２に配置される。このように、燃料電池スタック１２ごとに加圧シリンダ７０を設けることにより別々に荷重を負荷することができるので、１つの加圧シリンダ７０で複数列の燃料電池スタック１２を均一に加圧する場合に対して、各々の燃料電池スタック１２に負荷される荷重を容易に調整することができる。

次に、燃料電池１０の組立検査方法について説明する。まず、第１エンドプレート２０と第２エンドプレート３４とが、燃料電池用組立検査装置５０にセットされる。このうち、第１エンドプレート２０は、第１ベースプレート５２の上に配置される。そして、第１エンドプレート２０に設けられた燃料ガス供給口２２と、燃料ガス排出口２４と、酸化剤ガス供給口２６と、酸化剤ガス排出口２８と、冷却媒体供給口３０と、冷却媒体排出口３２とが、燃料ガス供給配管５４と、燃料ガス排出配管５６と、酸化剤ガス供給配管５８と、酸化剤ガス排出配管６０と、冷却媒体供給配管６２と、冷却媒体排出配管６４とに各々接続される。

第１エンドプレート２０の上に集電板１６が置かれ、集電板１６の上に、案内部材６８で積層方向に案内されて複数の単セル１４が積層される。積層された複数の単セル１４の上に他の集電板１６が置かれ、更に、他の集電板１６の上に絶縁部材３８が置かれる。そして、絶縁部材３８の上に、スプリングボックス３６が置かれて燃料電池スタック１２が形成される。

加圧シリンダ７０により、スプリングボックス３６を介して燃料電池スタック１２を所定の荷重で加圧して、単セル１４の発電検査を実施する。図４は、燃料電池用組立検査装置５０における単セル１４の発電検査方法を示す図である。ここで、案内部材６８は、例えば、絶縁性材料で形成されているため、燃料電池用組立検査装置５０から取り外すことなく単セル１４の発電検査を行うことができる。

まず、検査用燃料ガス、検査用酸化剤ガス、検査用冷却媒体を供給する供給装置７４と、燃料電池用組立検査装置５０とは、供給装置のコネクタ７５と燃料電池用組立検査装置５０のコネクタ６６とにより接続される。それにより、燃料電池用組立検査装置５０に備えられる燃料ガス供給配管５４と、燃料ガス排出配管５６と、酸化剤ガス供給配管５８と、酸化剤ガス排出配管６０と、冷却媒体供給配管６２と、冷却媒体排出配管６４とは、供給装置７４に備えられる燃料ガス供給配管７８と、燃料ガス排出配管８０と、酸化剤ガス供給配管８２と、酸化剤ガス排出配管８４と、冷却媒体供給配管８６と、冷却媒体排出配管８８とに各々接続される。

燃料ガス供給配管５４から検査用燃料ガスを燃料電池スタック１２に供給し、酸化剤ガス供給配管５８から酸化剤ガスを燃料電池スタック１２に供給し、冷却媒体供給配管６２から冷却媒体を燃料電池スタック１２に供給し、電気化学反応に供された後の反応ガスを、燃料ガス排出配管５６と酸化剤ガス排出配管６０により燃料電池スタック１２から排出し、冷却した後の冷却媒体を冷却媒体排出配管６４により燃料電池スタック１２から排出して単セル１４の発電検査を実施する。単セル１４の発電検査において不良品が検出された場合には、加圧シリンダ７０の荷重を除荷して不良品を取り除き、良品と交換する。

単セルの発電試験終了後、燃料電池スタック１２に第２エンドプレート３４を取り付けて燃料電池１０を組み立てる。加圧シリンダ７０により燃料電池スタック１２に予備荷重を負荷した状態で、第２エンドプレート３４に設けられた２つの荷重調整ネジ７６をスプリングボックス３６にセットする。そして、燃料電池スタック１２に予備荷重を負荷した状態で、第１エンドプレート２０と第２エンドプレート３４とにテンションプレート４０をボルト等で締結する。テンションプレート４０を取り付けた後、２つの荷重調整ネジ７６で燃料電池スタック１２の芯出しを行う。その後、加圧シリンダ７０により燃料電池スタック１２に負荷した予備荷重を徐荷して、荷重調整ネジ７６にて燃料電池スタック１２に負荷される荷重の調整を行う。ここで、燃料電池スタック１２に負荷される荷重は、スプリングボックス３６により計測される。そして、燃料電池スタック１２に負荷される荷重が調整された後、燃料電池１０の組立が完了する。

次に、組み立てられた燃料電池１０について、燃料電池１０の発電検査が行われる。図５は、燃料電池用組立検査装置５０における燃料電池１０の発電検査方法を示す図である。燃料電池１０の発電検査は、燃料電池用組立検査装置５０に取り付けられた状態で行われる。また、燃料電池１０の発電検査においても、案内部材６８は、燃料電池用組立検査装置５０から取り外されることなく発電試験を行うことができる。

燃料電池１０の発電検査は、単セルの発電検査と同様にして、まず、検査用燃料ガス、検査用酸化剤ガス、検査用冷却媒体を供給する供給装置７４と、燃料電池用組立検査装置５０とは、供給装置７４のコネクタ７５と燃料電池用組立検査装置５０のコネクタ６６とにより接続される。それにより、燃料電池用組立検査装置５０に備えられる燃料ガス供給配管５４と、燃料ガス排出配管５６と、酸化剤ガス供給配管５８と、酸化剤ガス排出配管６０と、冷却媒体供給配管６２と、冷却媒体排出配管６４とは、供給装置７４に備えられる燃料ガス供給配管７８と、燃料ガス排出配管８０と、酸化剤ガス供給配管８２と、酸化剤ガス排出配管８４と、冷却媒体供給配管８６と、冷却媒体排出配管８８とに各々接続される。

そして、燃料ガス供給配管５４から検査用燃料ガスを燃料電池スタック１２へ供給し、酸化剤ガス供給配管５８から検査用酸化剤ガスを燃料電池スタック１２へ供給し、冷却媒体供給配管６２から検査用冷却媒体を燃料電池スタック１２へ供給し、電気化学反応に供された後の反応ガスを、燃料ガス排出配管５６と酸化剤ガス排出配管６０により燃料電池スタック１２から排出し、燃料電池１０を冷却した後の検査用冷却媒体を冷却媒体排出配管６４により燃料電池スタック１２から排出して燃料電池１０の発電検査が行われる。発電検査が終了した燃料電池１０は、燃料電池用組立検査装置５０から取り出され、燃料電池用ケースに取り付けられる。

以上、上記燃料電池用組立検査装置によれば、単セルの発電検査、燃料電池の組立、燃料電池の発電検査を一つの組立検査装置で行うことができるので、燃料電池における組立検査のための工数をより低減し、燃料電池における生産性を更に向上させることができる。

上記燃料電池用組立検査装置によれば、燃料ガス供給路と、燃料ガス排出路と、酸化剤ガス供給路と、酸化剤ガス排出路と、冷却媒体供給路と、冷却媒体排出路とは、ベース板に設けられた開口を通して第１エンドプレートに直接接続されるため、テンションプレート取り付けにより第１エンドプレートに反り等が生じた場合でも、検査用燃料ガス、検査用酸化剤ガス及び検査用冷却媒体の漏れを防止することができる。

上記燃料電池用組立検査装置によれば、積層される複数の単セルにおける積層方向を案内する案内部材は絶縁性材料で形成されているので、単セルの発電検査時または燃料電池の発電検査時における単セルと案内部材との間の短絡を防止でき、案内部材を組立検査装置から取り外すことなく発電検査することができる。

上記燃料電池用組立検査装置によれば、案内部材が単セルと非接触状態とすることができるフローティング機構を設けることにより、案内部材が金属材料等の導電性材料で形成される場合でも、発電検査時における単セルと案内部材との間の短絡を防止でき、案内部材を組立検査装置から取り外すことなく発電検査することができる。

次に、他の実施の形態における燃料電池用組立検査装置について説明する。図６は、燃料電池用組立検査装置１００の構成を示す図である。なお、同様な要素は、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。燃料電池用組立検査装置１００は、燃料電池スタック１２における端面の傾斜に対して追従する加圧面追従機構１０２を備える。図７は、燃料電池用組立検査装置１００に備えられた加圧面追従機構１０２の構成を示す側面図である。

加圧面追従機構１０２は、加圧シリンダ７０に取り付けられる第１金属基体１０４と、スプリングボックス３６を押圧する第２金属基体１０６と、を含んで構成され、燃料電池スタック１２の端面に傾斜が生じた場合でも、傾斜した端面に対してより均一に加圧することができる加圧面追従手段としての機能を有している。第１金属基体１０４には、加圧シリンダ７０に締結するために、例えば、ネジ溝が設けられる。また、第２金属基体１０６には、スプリングボックス３６を押圧する複数の加圧棒１０７が設けられる。加圧棒１０７は、第２エンドプレート３４に形成された開口から挿入され、スプリングボックス３６を押圧する。

第１金属基体１０４と第２金属基体１０６とは、燃料電池スタック１２の端面に傾斜が生じた場合でも、傾斜した端面に対してより均一に加圧するために、スライド可能に組み立てられる。第１金属基体１０４には凹部材１０８が設けられ、第２金属基体１０６には凸部材１１０が設けられる。図８は、第１金属基体１０４における凹部材１０８の構成を示す図であり、図８（Ａ）は、凹部材１０８の平面図であり、図８（Ｂ）は、凹部材１０８におけるＸ−Ｘ方向の断面図である。凹部材１０８は、凸部材１１０と接触する凹面１１２と、複数の締結孔１１３とを有している。図９は、第２金属基体１０６における凸部材１１０の構成を示す図であり、図９（Ａ）は、凸部材１１０の平面図であり、図９（Ｂ）は、凸部材１１０におけるＹ−Ｙ方向の断面図である。凸部材１１０は、凹部材１０８と接触する凸面１１４と、複数の締結孔１１５とを有している。

第１金属基体１０４と第２金属基体１０６とは、第１金属基体１０４における凹部材１０８の凹面１１２と第２金属基体１０６における凸部材１１０の凸面１１４とを接触させてスライド可能に組み立てられる。燃料電池スタック１２の端面に傾斜が生じた場合には、第１金属基体１０４における凹部材１０８の凹面１１２と、第２金属基体１０６における凸部材１１０の凸面１１４とがスライドすることにより、燃料電池スタック１２における端面の傾斜に追従させて、傾斜した端面により均一に面圧を負荷することができる。

第１金属基体１０４における凹部材１０８の凹面１１２は凹球面であり、第２金属基体１０６における凸部材１１０の凸面１１４は凸球面であることが好ましい。燃料電池スタック１２の端面に傾斜が生じた場合でも、端面の略中心を回転中心として、傾斜した端面に加圧面追従機構１０２を追従させることができるからである。勿論、他の条件次第では、第１金属基体１０４における凹部材１０８の凹面１１２は凹球面に限定されることなく、第２金属基体１０６における凸部材１１０の凸面１１４は凸球面に限定されることはない。また、第１金属基体１０４に凹面を一体として形成し、第２金属基体１０６に凸面を一体として形成してもよい。なお、他の条件次第では、第１金属基体１０４に凸面を形成し、第２金属基体１０６に凹面を形成することもできる。

次に、加圧面追従機構１０２の動作について説明する。図１０は、燃料電池用組立検査装置１００に単セル１４等を積層した状態を示す側面図である。単セル１４等は、案内部材６８に沿って積層される。ここで、単セル１４等を積層した燃料電池スタック１２の一端の長さＡと他端の長さＢとは、異なる場合がある。このような場合には、燃料電池スタック１２の端面に傾斜が発生する。

図１１は、燃料電池スタック１２の一端の長さＡが他端の長さＢより短い場合（長さＡ＜長さＢ）における加圧面追従機構１０２の動作を示す側面図である。一端の長さＡが他端の長さＢより短い場合には、加圧面追従機構１０２において、第１金属基体１０４における凹部材１０４の凹面１１２と、第２金属基体１０６における凸部材１１０の凸面１１４とがスライドし、長さＢである他端側に所定の角度αで傾斜した状態で燃料電池スタック１２が加圧される。そのため、一端の長さＡが他端の長さＢより短い場合でも、燃料電池スタック１２を、より均一に加圧することができる。

図１２は、燃料電池スタック１２の一端の長さＡが他端の長さＢより長い場合（長さＡ＞長さＢ）における加圧面追従機構１０２の動作を示す側面図である。一端の長さＡが他端の長さＢより長い場合には、加圧面追従機構１０２において、第１金属基体１０４における凹部材１０８の凹面１１２と、第２金属基体１０６における凸部材１１０の凸面１１４とがスライドし、長さＡである一端側に所定の角度αで傾斜した状態で燃料電池スタック１２が加圧される。そのため、一端の長さＡが他端の長さＢより長い場合でも、燃料電池スタック１２を、より均一に加圧することができる。

燃料電池スタック１２を加圧した後、第２エンドプレート３４に設けられた荷重調整ねじにより、燃料電池スタック１２の端面の傾斜にあわせて位置決めされる。その後、加圧シリンダ７０による加圧が解除される。

上記燃料電池用組立検査装置によれば、加圧面追従機構を備えることにより、単セル等を積層した燃料電池スタックの端面が傾斜している場合でも、燃料電池スタックの傾斜した端面を、より均一に加圧することができる。

本発明の実施の形態において、燃料電池の構成を示す図である。 本発明の実施の形態において、第１エンドプレートの構成を示す図である。 本発明の実施の形態において、燃料電池用組立検査装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態において、燃料電池用組立検査装置における単セルの発電検査方法を示す図である。 本発明の実施の形態において、燃料電池用組立検査装置における燃料電池の発電検査方法を示す図である。 本発明の他の実施の形態において、燃料電池用組立検査装置の構成を示す図である。 本発明の他の実施の形態において、燃料電池用組立検査装置に備えられた加圧面追従機構の構成を示す側面図である。 本発明の他の実施の形態において、第１金属基体における凹部材の構成を示す図である。 本発明の他の実施の形態において、第２金属基体における凸部材の構成を示す図である。 本発明の他の実施の形態において、燃料電池用組立検査装置に単セル等を積層した状態を示す側面図である。 本発明の他の実施の形態において、燃料電池スタックの一端の長さＡが他端の長さＢより短い場合（長さＡ＜長さＢ）における加圧面追従機構の動作を示す側面図である。 本発明の他の実施の形態において、燃料電池スタックの一端の長さＡが他端の長さＢより長い場合（長さＡ＞長さＢ）における加圧面追従機構の動作を示す側面図である。

符号の説明

１０ 燃料電池、１２ 燃料電池スタック、１４ 単セル、１６ 集電板、２０ 第１エンドプレート、２２ 燃料ガス供給口、２４ 燃料ガス排出口、２６ 酸化剤ガス供給口、２８ 酸化剤ガス排出口、３０ 冷却媒体供給口、３２ 冷却媒体排出口、３４ 第２エンドプレート、３６ スプリングボックス、３８ 絶縁部材、４０ テンションプレート、４２ ボルト、５０、１００ 燃料電池用組立検査装置、５２ 第１ベースプレート、５４、７８ 燃料ガス供給配管、５６，８０ 燃料ガス排出配管、５８，８２ 酸化剤ガス供給配管、６０，８４ 酸化剤ガス排出配管、６２，８６ 冷却媒体供給配管、６４，８８ 冷却媒体排出配管、６６，７５ コネクタ、６８ 案内部材、７０ 加圧シリンダ、７２ 第２ベースプレート、７４ 供給装置、７６ 荷重調整ネジ、１０２ 加圧面追従機構、１０４ 第１金属基体、１０６ 第２金属基体、１０７ 加圧棒、１０８ 凹部材、１１０ 凸部材、１１２ 凹面、１１３、１１５ 締結孔、１１４ 凸面。

Claims (5)

1. 第１エンドプレートと、第１エンドプレートの上に置かれる集電板と、集電板の上に積層される複数の単セルとを含む燃料電池スタックを配置するベース板と、
   燃料電池スタックを押圧する押圧手段と、
   を備え、
   押圧された燃料電池スタックに第２エンドプレートを取り付けて燃料電池を組み立てる燃料電池用組立検査装置であって、
   検査用燃料ガスを燃料電池スタックへ供給する燃料ガス供給路と、
   検査用燃料ガスを燃料電池スタックから排出する燃料ガス排出路と、
   検査用酸化剤ガスを燃料電池スタックへ供給する酸化剤ガス供給路と、
   検査用酸化剤ガスを燃料電池スタックから排出する酸化剤ガス排出路と、
   検査用冷却媒体を燃料電池スタックへ供給する冷却媒体供給路と、
   検査用冷却媒体を燃料電池スタックから排出する冷却媒体排出路と、
   を有し、
   燃料ガス供給路と、燃料ガス排出路と、酸化剤ガス供給路と、酸化剤ガス排出路と、冷却媒体供給路と、冷却媒体排出路とは、ベース板に設けられた開口を通して、第１エンドプレートに設けられた燃料ガス供給口と、燃料ガス排出口と、酸化剤ガス供給口と、酸化剤ガス排出口と、冷却媒体供給口と、冷却媒体排出口とに各々接続されることを特徴とする燃料電池用組立検査装置。
2. 請求項１に記載の燃料電池用組立検査装置であって、
   積層される複数の単セルにおける積層方向を案内し、絶縁性材料で形成された案内部材を備えることを特徴とする燃料電池用組立検査装置。
3. 請求項１に記載の燃料電池用組立検査装置であって、
   積層される複数の単セルにおける積層方向を案内する案内部材と、
   発電検査時には積層される複数の単セルと案内部材とを非接触状態にするフローティング機構と、を備えることを特徴とする燃料電池用組立検査装置。
4. 請求項１から３のいずれか１に記載の燃料電池用組立検査装置であって、
   第２エンドプレートは、テンションプレートで燃料電池スタックに取り付けられることを特徴とする燃料電池用組立検査装置。
5. 請求項１から４のいずれか１に記載の燃料電池用組立検査装置であって、
   複数の燃料電池スタックを同時に組立検査することを特徴とする燃料電池用組立検査装置。

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