JP5144398B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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Description

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとを有する単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容するとともに、車両内に配置される燃料電池スタックに関する。   In the present invention, a laminate in which a plurality of unit cells each having an electrolyte / electrode structure and a separator each having a pair of electrodes provided on both sides of the electrolyte is accommodated in a box-shaped casing and disposed in a vehicle. The present invention relates to a fuel cell stack.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜(電解質)を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより、単位セルが構成されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. A unit cell is configured by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of the electrolyte membrane with a separator.

通常、燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数(例えば、数十〜数百)の単位セルを積層した燃料電池スタックとして使用されている。この種の燃料電池スタックでは、各単位セルが所望の発電性能を有しているか否かを検出する必要がある。このため、通常、セパレータに設けられたセル電圧端子を電圧検出装置(セル電圧モニタ)に接続して、発電時の各単位セル毎のセル電圧を検出する作業が行われている。   Usually, a fuel cell is used as a fuel cell stack in which a predetermined number (for example, several tens to several hundreds) of unit cells are stacked in order to obtain a desired power generation. In this type of fuel cell stack, it is necessary to detect whether each unit cell has a desired power generation performance. For this reason, usually, an operation of detecting a cell voltage for each unit cell during power generation by connecting a cell voltage terminal provided in the separator to a voltage detection device (cell voltage monitor) is performed.

例えば、特許文献1では、図10に示すように、燃料電池1にセル電圧モニタ2が取り付けられている。セル電圧モニタ2の各端子(図示せず)は、金属板3に接触されており、燃料電池1の電位を検出している。   For example, in Patent Document 1, a cell voltage monitor 2 is attached to the fuel cell 1 as shown in FIG. Each terminal (not shown) of the cell voltage monitor 2 is in contact with the metal plate 3 and detects the potential of the fuel cell 1.

燃料電池1には、樹脂フレーム4が設けられており、この樹脂フレーム4には、セル電圧モニタ2を前記燃料電池1から抜け止めするための抜け止め部5が設けられている。セル電圧モニタ2の端子には、導線6が接続されており、この導線6は、図示しないコントローラ等に接続されている。   The fuel cell 1 is provided with a resin frame 4, and the resin frame 4 is provided with a retaining portion 5 for retaining the cell voltage monitor 2 from the fuel cell 1. A lead wire 6 is connected to a terminal of the cell voltage monitor 2, and this lead wire 6 is connected to a controller or the like (not shown).

特開2004−87163号公報JP 2004-87163 A

ところで、燃料電池スタックでは、複数の単位セルが積層された積層体を箱状ケーシング内に収容した状態で、燃料電池車両に搭載する車載用燃料電池スタックとして使用される場合がある。その際、上記のセル電圧モニタ2では、導線6がケーシングに設けられた開口部を通って外部に取り出されている。   By the way, the fuel cell stack may be used as an in-vehicle fuel cell stack mounted on a fuel cell vehicle in a state in which a stacked body in which a plurality of unit cells are stacked is housed in a box-shaped casing. In that case, in said cell voltage monitor 2, the conducting wire 6 is taken out outside through the opening part provided in the casing.

従って、燃料電池車両に外部荷重が付与されてケーシングに変形が惹起されると、開口部を形成するエッジが導線6に接触し易い。これにより、例えば、導線6の被覆が損傷するという問題がある。   Therefore, when an external load is applied to the fuel cell vehicle and the casing is deformed, the edge forming the opening is likely to contact the conductor 6. Thereby, there exists a problem that the coating | cover of the conducting wire 6 is damaged, for example.

本発明はこの種の課題を解決するものであり、簡単な構成で、セル電圧端子に接続されるケーブルの損傷を良好且つ確実に抑制することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve this kind of problem, and to provide a fuel cell stack capable of suppressing damage to a cable connected to a cell voltage terminal in a simple and favorable manner. To do.

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとを有する単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容するとともに、車両内に配置される燃料電池スタックに関するものである。   In the present invention, a laminate in which a plurality of unit cells each having an electrolyte / electrode structure and a separator each having a pair of electrodes provided on both sides of the electrolyte is accommodated in a box-shaped casing and disposed in a vehicle. The present invention relates to a fuel cell stack.

ケーシングの少なくとも一の面には、各単位セル毎又は複数の単位セル毎にセル電圧を検出するために、前記単位セルに設けられたセル電圧端子に対応して開口部が形成されるとともに、前記セル電圧端子に接続されるケーブルには、前記ケーブルを保護するための保護部材が設けられている。   On at least one surface of the casing, in order to detect a cell voltage for each unit cell or for each unit cell, an opening is formed corresponding to a cell voltage terminal provided in the unit cell, The cable connected to the cell voltage terminal is provided with a protective member for protecting the cable.

そして、燃料電池スタックに外部荷重が付与された際、ケーシングが車両の内壁に当接するまで変形した状態で、開口部を形成するエッジ部が保護部材に接触するように、前記保護部材の長さ及び前記ケーブルの弛み長さが設定されている。   Then, when an external load is applied to the fuel cell stack, the length of the protective member is such that the edge portion forming the opening contacts the protective member in a state where the casing is deformed until it abuts against the inner wall of the vehicle. And the slack length of the cable is set.

また、ケーブルは、ケーシングが前記変形した状態よりも大きく変形した際に、集中的に切断される破断部位を設けることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the cable is provided with a breaking portion that is intensively cut when the casing is deformed to be larger than the deformed state.

さらに、本発明では、ケーシングの少なくとも一の面には、各単位セル毎又は複数の単位セル毎にセル電圧を検出するために、前記単位セルに設けられたセル電圧端子に対応して開口部が形成されるとともに、前記セル電圧端子に接続されるケーブルには、前記ケーブルを保護するための保護部材が設けられている。   Furthermore, in the present invention, at least one surface of the casing has an opening corresponding to a cell voltage terminal provided in the unit cell in order to detect a cell voltage for each unit cell or for each unit cell. The cable connected to the cell voltage terminal is provided with a protective member for protecting the cable.

そして、ケーシングには、前記ケーシングとケーブルとの間に開口部側に突出して設けられ、燃料電池スタックに外部荷重が付与されて前記ケーシングが変形した際に、前記ケーブルが前記開口部を形成するエッジ部に接触することを阻止する保護シートが設けられている。   The casing is provided to project between the casing and the cable toward the opening, and when the external deformation is applied to the fuel cell stack and the casing is deformed, the cable forms the opening. A protective sheet for preventing contact with the edge portion is provided.

本発明では、保護部材の長さ及びケーブルの弛み長さが設定されているため、外部荷重の付与によりケーシングが変形しても、前記ケーシングの開口部を形成するエッジ部が前記ケーブルに接触することがない。このため、簡単な構成で、セル電圧端子に接続されるケーブルの損傷を良好且つ確実に抑制することが可能になる。   In the present invention, since the length of the protective member and the slack length of the cable are set, even if the casing is deformed by the application of an external load, the edge portion that forms the opening of the casing contacts the cable. There is nothing. For this reason, it becomes possible to suppress damage to the cable connected to the cell voltage terminal with a simple configuration.

また、本発明では、ケーシングに開口部側に突出して保護シートが設けられている。従って、外部荷重の付与によりケーシングが変形しても、開口部を形成するエッジ部がケーブルに接触することがない。これにより、簡単な構成で、セル電圧端子に接続されるケーブルの損傷を良好且つ確実に抑制することができる。   In the present invention, the protective sheet is provided on the casing so as to protrude toward the opening. Therefore, even if the casing is deformed by the application of an external load, the edge portion forming the opening does not contact the cable. Thereby, damage of the cable connected to the cell voltage terminal can be satisfactorily and reliably suppressed with a simple configuration.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10が搭載される燃料電池車両12の一部側面説明図である。   FIG. 1 is a partial side view of a fuel cell vehicle 12 on which a fuel cell stack 10 according to a first embodiment of the present invention is mounted.

燃料電池車両12は、車室16内に左右のフロントシート(運転席及び助手席)18a、18b間に位置して、センターコンソール14が設けられるとともに、前記センターコンソール14は、前記燃料電池車両12の車長方向(矢印L方向)に延在する。このセンターコンソール14内に、燃料電池スタック10が収容される。   The fuel cell vehicle 12 is located between the left and right front seats (driver's seat and front passenger seat) 18a, 18b in the passenger compartment 16, and a center console 14 is provided. The center console 14 is connected to the fuel cell vehicle 12. Extending in the vehicle length direction (arrow L direction). The fuel cell stack 10 is accommodated in the center console 14.

図2に示すように、燃料電池スタック10は、複数の単位セル22が水平方向(矢印A方向)に積層された積層体24を備える。積層体24の積層方向(矢印A方向)一端には、ターミナルプレート26a、絶縁プレート28a及びエンドプレート30aが外方に向かって、順次、配設される。   As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 10 includes a stacked body 24 in which a plurality of unit cells 22 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction). A terminal plate 26a, an insulating plate 28a, and an end plate 30a are sequentially disposed at one end of the stack 24 in the stacking direction (arrow A direction).

積層体24の積層方向他端には、ターミナルプレート26b、絶縁プレート28b及びエンドプレート30bが外方に向かって、順次、配設される。燃料電池スタック10は、縦長の長方形状に構成されるエンドプレート30a、30bを端板として含む箱状のケーシング32により一体的に保持される。エンドプレート30a、30bは、例えば、アルミニウム板で形成される。   At the other end in the stacking direction of the stacked body 24, a terminal plate 26b, an insulating plate 28b, and an end plate 30b are sequentially disposed outward. The fuel cell stack 10 is integrally held by a box-shaped casing 32 including end plates 30a and 30b configured in a vertically long rectangular shape as end plates. The end plates 30a and 30b are made of, for example, an aluminum plate.

図3に示すように、各単位セル22は、電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)40と、前記電解質膜・電極構造体40を挟持する薄板波形状の第1及び第2金属セパレータ42、44とを備える。なお、第1及び第2金属セパレータ42、44に代えて、カーボンセパレータを用いてもよい。   As shown in FIG. 3, each unit cell 22 includes an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 40, and a thin plate-shaped first and second metal sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 40. Separators 42 and 44 are provided. Instead of the first and second metal separators 42 and 44, a carbon separator may be used.

単位セル22の長辺方向(図3中、矢印C方向)の一端縁部(上端縁部)には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔46a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔48aが設けられる。   In order to supply an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, to one end edge (upper edge) in the long side direction (arrow C direction in FIG. 3) of the unit cell 22 in communication with each other in the arrow A direction. The oxidant gas supply communication hole 46a and a fuel gas supply communication hole 48a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

単位セル22の長辺方向の他端縁部(下端縁部)には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔48b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔46bが設けられる。   The other end edge (lower edge) in the long side direction of the unit cell 22 communicates with each other in the direction of the arrow A, and discharges the fuel gas discharge communication hole 48b for discharging the fuel gas and the oxidant gas. An oxidant gas discharge communication hole 46b is provided.

単位セル22の短辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔50aが設けられるとともに、前記単位セル22の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔50bが設けられる。   A cooling medium supply communication hole 50a for supplying a cooling medium is provided at one end edge of the unit cell 22 in the short side direction (arrow B direction), and the other end edge of the unit cell 22 in the short side direction. Is provided with a cooling medium discharge communication hole 50b for discharging the cooling medium.

電解質膜・電極構造体40は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜52と、前記固体高分子電解質膜52を挟持するアノード側電極54及びカソード側電極56とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 40 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 52 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 54 and a cathode side electrode 56 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 52. With.

アノード側電極54及びカソード側電極56は、カーボンペーパ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塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜52の両面に形成される。   The anode side electrode 54 and the cathode side electrode 56 are uniformly coated with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like, and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 52.

第1金属セパレータ42の電解質膜・電極構造体40に向かう面42aには、燃料ガス供給連通孔48aと燃料ガス排出連通孔48bとを連通する燃料ガス流路58が矢印C方向に沿って形成される。第1金属セパレータ42の面42bには、冷却媒体供給連通孔50aと冷却媒体排出連通孔50bとを連通する冷却媒体流路60が矢印B方向に沿って形成される。   A fuel gas flow path 58 that connects the fuel gas supply communication hole 48a and the fuel gas discharge communication hole 48b is formed along the arrow C direction on the surface 42a of the first metal separator 42 facing the electrolyte membrane / electrode structure 40. Is done. A cooling medium flow path 60 that communicates the cooling medium supply communication hole 50a and the cooling medium discharge communication hole 50b is formed on the surface 42b of the first metal separator 42 along the arrow B direction.

第2金属セパレータ44の電解質膜・電極構造体40に向かう面44aには、矢印C方向に沿って酸化剤ガス流路62が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路62は、酸化剤ガス供給連通孔46aと酸化剤ガス排出連通孔46bとに連通する。第2金属セパレータ44の面44bには、第1金属セパレータ42の面42bと重なり合って冷却媒体流路60が一体的に形成される。   The surface 44a of the second metal separator 44 facing the electrolyte membrane / electrode structure 40 is provided with an oxidant gas flow path 62 along the direction of arrow C, and the oxidant gas flow path 62 is provided with an oxidant gas supply. The communication hole 46a communicates with the oxidant gas discharge communication hole 46b. On the surface 44 b of the second metal separator 44, a cooling medium flow path 60 is integrally formed so as to overlap the surface 42 b of the first metal separator 42.

第1金属セパレータ42の面42a、42bには、この第1金属セパレータ42の外周端縁部を周回して第1シール部材64aが一体成形される。第2金属セパレータ44の面44a、44bには、この第2金属セパレータ44の外周端縁部を周回して第2シール部材64bが一体成形される。   A first seal member 64 a is integrally formed on the surfaces 42 a and 42 b of the first metal separator 42 around the outer peripheral edge of the first metal separator 42. A second seal member 64 b is integrally formed on the surfaces 44 a and 44 b of the second metal separator 44 around the outer peripheral edge of the second metal separator 44.

単位セル22の短辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、凹部66が形成されるとともに、例えば、第1金属セパレータ42には、前記凹部66に配置されてセル電圧端子68が装着される。   A recess 66 is formed at one edge of the unit cell 22 in the short side direction (arrow B direction). For example, the first metal separator 42 is provided with a cell voltage terminal 68 disposed in the recess 66. Is done.

図2に示すように、ターミナルプレート26a、26bの面内中央から積層方向外方に延在して第1及び第2電力取り出し端子70a、70bが設けられる。第1電力取り出し端子70aは、絶縁プレート28a及びエンドプレート30aを貫通して外部に突出する一方、第2電力取り出し端子70bは、絶縁プレート28b及びエンドプレート30bを貫通して外部に突出する。第1及び第2電力取り出し端子70a、70bには、例えば、車両走行用モータ等の負荷が接続される。   As shown in FIG. 2, first and second power extraction terminals 70 a and 70 b are provided to extend outward in the stacking direction from the in-plane centers of the terminal plates 26 a and 26 b. The first power extraction terminal 70a penetrates the insulating plate 28a and the end plate 30a and protrudes outside, while the second power extraction terminal 70b penetrates the insulation plate 28b and the end plate 30b and protrudes outside. For example, a load such as a vehicle driving motor is connected to the first and second power extraction terminals 70a and 70b.

ケーシング32は、端板であるエンドプレート30a、30bと、積層体24の側部に配置される複数の側板74a〜74dと、前記側板74a〜74dの互いに近接する端部同士をねじ75を介して連結するアングル部材76と、前記エンドプレート30a、30bと前記側板74a〜74dとを連結するヒンジ機構78とを備える。   The casing 32 includes end plates 30 a and 30 b that are end plates, a plurality of side plates 74 a to 74 d disposed on the side of the laminate 24, and end portions of the side plates 74 a to 74 d that are close to each other via screws 75. And an angle member 76 that is connected to each other, and a hinge mechanism 78 that connects the end plates 30a and 30b and the side plates 74a to 74d.

側板74a〜74dは、薄板金属製プレートで構成されるとともに、少なくとも前記側板74aは、上下(矢印C方向)に2分割されて互いに離間して配置される一対のプレート部80a、80bを有する。プレート部80a、80b間には、開口部82が形成されるとともに、前記開口部82を周回してエッジ部82aが設けられる。   The side plates 74a to 74d are composed of thin metal plates, and at least the side plate 74a has a pair of plate portions 80a and 80b that are divided into two parts in the vertical direction (arrow C direction) and are spaced apart from each other. An opening 82 is formed between the plate portions 80a and 80b, and an edge portion 82a is provided around the opening 82.

ヒンジ機構78は、エンドプレート30a、30bに設けられる第1ヒンジ部84a、84bと、側板74a〜74dに設けられる第2ヒンジ部86と、前記第1ヒンジ部84a、84bと第2ヒンジ部86とが交互に配置された状態で挿入される連結ピン88a、88bとを備える。   The hinge mechanism 78 includes first hinge portions 84a and 84b provided on the end plates 30a and 30b, a second hinge portion 86 provided on the side plates 74a to 74d, and the first hinge portions 84a and 84b and the second hinge portion 86. Are provided with connecting pins 88a and 88b inserted in an alternately arranged state.

エンドプレート30aの上部側には、酸化剤ガス供給連通孔46aに連通する酸化剤ガス入口マニホールド90aと、燃料ガス供給連通孔48aに連通する燃料ガス入口マニホールド92aとが設けられる。エンドプレート30aの下部側には、酸化剤ガス排出連通孔46bに連通する酸化剤ガス出口マニホールド90bと、燃料ガス排出連通孔48bに連通する燃料ガス出口マニホールド92bとが設けられる。   An oxidant gas inlet manifold 90a that communicates with the oxidant gas supply communication hole 46a and a fuel gas inlet manifold 92a that communicates with the fuel gas supply communication hole 48a are provided on the upper side of the end plate 30a. An oxidant gas outlet manifold 90b that communicates with the oxidant gas discharge communication hole 46b and a fuel gas outlet manifold 92b that communicates with the fuel gas discharge communication hole 48b are provided on the lower side of the end plate 30a.

エンドプレート30bには、図示しないが、矢印C方向に延在してそれぞれ冷却媒体供給連通孔50aに連通する冷却媒体入口マニホールドと、冷却媒体排出連通孔50bに連通する冷却媒体出口マニホールドとが設けられる。   Although not shown, the end plate 30b is provided with a cooling medium inlet manifold that extends in the direction of arrow C and communicates with the cooling medium supply communication hole 50a, and a cooling medium outlet manifold that communicates with the cooling medium discharge communication hole 50b. It is done.

図4に示すように、所定数のセル電圧端子68毎にコネクタ94が装着される。コネクタ94は、各セル電圧端子68に接続される接続端子部96を備え、前記接続端子部96は、ケーブル(ハーネス)98の一端にはんだ部100を介して連結される(図5参照)。コネクタ94には、コネクタカバー102が装着されており、前記コネクタカバー102の端部及びケーブル98の一部は、例えば、熱収縮チューブ等の保護部材104により固定される。   As shown in FIG. 4, a connector 94 is attached every predetermined number of cell voltage terminals 68. The connector 94 includes a connection terminal portion 96 connected to each cell voltage terminal 68, and the connection terminal portion 96 is coupled to one end of a cable (harness) 98 via a solder portion 100 (see FIG. 5). A connector cover 102 is attached to the connector 94, and an end portion of the connector cover 102 and a part of the cable 98 are fixed by a protective member 104 such as a heat shrinkable tube, for example.

コネクタカバー102及びケーブル98は、開口部82から側板74aの外方に露出しており、前記ケーブル98は、前記側板74aを構成するプレート部80bに沿って上方に延在し、取り付け部材106を介して前記プレート部80bに固定されるとともに、弛み部108が形成される。   The connector cover 102 and the cable 98 are exposed to the outside of the side plate 74a from the opening 82, and the cable 98 extends upward along the plate portion 80b that constitutes the side plate 74a. And is fixed to the plate portion 80b, and a slack portion 108 is formed.

第1の実施形態では、図6に示すように、燃料電池スタック10に外部荷重が付与された際、ケーシング32を構成するプレート部80bがセンターコンソール14の内壁に当接するまで変形した状態で、開口部82を形成するエッジ部82aが保護部材104に接触するように、前記保護部材104の長さL及びケーブル98の弛み部108の長さが設定される。   In the first embodiment, as shown in FIG. 6, when an external load is applied to the fuel cell stack 10, the plate portion 80 b constituting the casing 32 is deformed until it abuts against the inner wall of the center console 14. The length L of the protection member 104 and the length of the slack portion 108 of the cable 98 are set so that the edge portion 82 a forming the opening 82 contacts the protection member 104.

さらに、第1の実施形態では、センターコンソール14にも変形が生じて、プレート部80bがさらに変形した際に、ケーブル98がはんだ部100で集中的に切断されるように構成される。   Furthermore, in the first embodiment, the center console 14 is also deformed, and the cable 98 is configured to be intensively cut by the solder portion 100 when the plate portion 80b is further deformed.

このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

先ず、燃料電池スタック10では、図2に示すように、エンドプレート30aの酸化剤ガス入口マニホールド90aから酸化剤ガス供給連通孔46aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口マニホールド92aから燃料ガス供給連通孔48aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。一方、エンドプレート30bの冷却媒体入口マニホールドから冷却媒体供給連通孔50aに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。   First, in the fuel cell stack 10, as shown in FIG. 2, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied from the oxidant gas inlet manifold 90a of the end plate 30a to the oxidant gas supply communication hole 46a, and the fuel gas A fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied from the inlet manifold 92a to the fuel gas supply communication hole 48a. On the other hand, a cooling medium such as pure water or ethylene glycol is supplied from the cooling medium inlet manifold of the end plate 30b to the cooling medium supply communication hole 50a.

このため、積層体24では、矢印A方向に重ね合わされた複数の単位セル22に対し、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印A方向に供給される。   Therefore, in the stacked body 24, the oxidant gas, the fuel gas, and the cooling medium are supplied in the arrow A direction to the plurality of unit cells 22 that are overlapped in the arrow A direction.

図3に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔46aから第2金属セパレータ44の酸化剤ガス流路62に導入され、電解質膜・電極構造体40のカソード側電極56に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔48aから第1金属セパレータ42の燃料ガス流路58に導入され、電解質膜・電極構造体40のアノード側電極54に沿って移動する。   As shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 62 of the second metal separator 44 through the oxidant gas supply communication hole 46 a, and along the cathode side electrode 56 of the electrolyte membrane / electrode structure 40. Move. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 58 of the first metal separator 42 from the fuel gas supply communication hole 48 a and moves along the anode side electrode 54 of the electrolyte membrane / electrode structure 40.

従って、各電解質膜・電極構造体40では、カソード側電極56に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極54に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 40, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 56 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 54 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.

次いで、カソード側電極56に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔46bに沿って流動した後、エンドプレート30aの酸化剤ガス出口マニホールド90bから外部に排出される。同様に、アノード側電極54に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔48bに沿って流動した後、エンドプレート30aの燃料ガス出口マニホールド92bから外部に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 56 flows along the oxidant gas discharge communication hole 46b, and then is discharged to the outside from the oxidant gas outlet manifold 90b of the end plate 30a. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 54 flows along the fuel gas discharge communication hole 48b, and is then discharged to the outside from the fuel gas outlet manifold 92b of the end plate 30a.

また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔50aから第1及び第2金属セパレータ42、44間の冷却媒体流路60に導入された後、矢印B方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体40を冷却した後、冷却媒体排出連通孔50bを移動してエンドプレート30bの冷却媒体出口マニホールドから排出される。   The cooling medium flows in the direction of arrow B after being introduced into the cooling medium flow path 60 between the first and second metal separators 42 and 44 from the cooling medium supply communication hole 50a. After cooling the electrolyte membrane / electrode structure 40, the cooling medium moves through the cooling medium discharge communication hole 50b and is discharged from the cooling medium outlet manifold of the end plate 30b.

この場合、第1の実施形態では、図5に示すように、所定数のセル電圧端子68に接続されるコネクタ94は、コネクタカバー102の端部及びケーブル98の一部に保護部材104が設けられるとともに、この保護部材104の長さLと前記ケーブル98の弛み部108の長さとが、予め設定されている。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 5, the connector 94 connected to the predetermined number of cell voltage terminals 68 is provided with a protective member 104 at the end of the connector cover 102 and a part of the cable 98. In addition, the length L of the protective member 104 and the length of the slack portion 108 of the cable 98 are set in advance.

このため、図6に示すように、燃料電池スタック10に外部荷重が付与される際、ケーシング32を構成するプレート部80bがセンターコンソール14の内壁に当接するまで変形した状態に至ることがある。その際、ケーブル98は、センターコンソール14の内壁とプレート部80bの開口部82を構成するエッジ部とに挟持されるものの、前記ケーブル98を周回保護している保護部材104が前記開口部82を形成する前記エッジ部に接触している。   For this reason, as shown in FIG. 6, when an external load is applied to the fuel cell stack 10, the plate portion 80 b constituting the casing 32 may be deformed until it abuts against the inner wall of the center console 14. At that time, although the cable 98 is sandwiched between the inner wall of the center console 14 and the edge portion constituting the opening portion 82 of the plate portion 80 b, the protective member 104 that protects the cable 98 from turning around the opening portion 82. It is in contact with the edge portion to be formed.

従って、ケーブル98が損傷してこのケーブル98とプレート部80bとが電気的に接続されることがない。これにより、簡単な構成で、ケーブル98の損傷を良好且つ確実に抑制することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, the cable 98 is not damaged and the cable 98 and the plate portion 80b are not electrically connected. Thereby, the effect that it becomes possible to suppress the damage of the cable 98 favorably and reliably with a simple configuration is obtained.

次いで、プレート部80bは、センターコンソール14の内壁に当接した後、積層体24側に復帰する(図7参照)。ここで、ケーブル98は、予め弛み部108の長さが設定されているため、プレート部80bの変形時に弛みのない状態に引き延ばされている。従って、プレート部80bが積層体24側に復帰する際に、ケーブル98が開口部82側に巻き込まれることがなく、前記ケーブル98の損傷が可及的に抑制されるという利点がある。   Next, after the plate portion 80b comes into contact with the inner wall of the center console 14, it returns to the laminated body 24 side (see FIG. 7). Here, since the length of the slack portion 108 is set in advance, the cable 98 is stretched so as not to be slack when the plate portion 80b is deformed. Therefore, when the plate part 80b returns to the laminated body 24 side, there is an advantage that the cable 98 is not wound on the opening part 82 side and damage to the cable 98 is suppressed as much as possible.

また、第1の実施形態では、外部荷重が比較的大きく、センターコンソール14が、図6中、実線の位置から二点鎖線の位置に変形すると、プレート部80bの変形状態は、図6の位置からさらに大きくなる。その際、ケーブル98は、所定の引っ張り状態からさらに引張されるため、はんだ部100で集中的に破断することができる。これにより、ケーブル98への通電が停止され、前記ケーブル98の短絡が阻止されるとともに、高電圧部の絶縁距離を確保することが可能になる。   Further, in the first embodiment, when the external load is relatively large and the center console 14 is deformed from the position of the solid line to the position of the two-dot chain line in FIG. 6, the deformed state of the plate portion 80b is the position of FIG. Will be even bigger. At that time, since the cable 98 is further pulled from a predetermined tension state, it can be ruptured intensively at the solder portion 100. As a result, energization of the cable 98 is stopped, the short circuit of the cable 98 is prevented, and the insulation distance of the high voltage portion can be secured.

図8は、本発明の第の実施形態に係る燃料電池スタック120の要部断面説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   FIG. 8 is an explanatory cross-sectional view of a main part of the fuel cell stack 120 according to the first embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

この第2の実施形態では、ケーシング32を構成するプレート部80bの表面に、このプレート部80bとケーブル98との間に開口部82側に突出して保護シート122が設けられる。保護シート122は、例えば、ガラスクロス入りのシリコンゴム又はEPDM(エチレン・プロピレンゴム)等で構成される。保護シート122が、エッジ部82aに当たって破損することを阻止するためである。保護シート122は、開口部82内に所定の距離Tだけ突出するとともに、保護部材104から距離dだけ離間する(T≧d)。保護シート122の端部が捲れて保護部材104とプレート部80bとの間に進入することを阻止するためである。   In the second embodiment, a protective sheet 122 is provided on the surface of the plate portion 80 b constituting the casing 32 so as to protrude toward the opening 82 between the plate portion 80 b and the cable 98. The protective sheet 122 is made of, for example, silicon rubber containing glass cloth or EPDM (ethylene / propylene rubber). This is to prevent the protective sheet 122 from being damaged by hitting the edge portion 82a. The protective sheet 122 protrudes into the opening 82 by a predetermined distance T and is separated from the protective member 104 by a distance d (T ≧ d). This is to prevent the end portion of the protection sheet 122 from rolling and entering between the protection member 104 and the plate portion 80b.

このように構成される第2の実施形態では、燃料電池スタック120に外部荷重が付与されると、図9に示すように、プレート部80bは、センターコンソール14の内壁側に変形する。その際、プレート部80bの表面に設けられている保護シート122は、プレート部80bの開口部82を形成するエッジ部を覆っており、ケーブル98が前記エッジ部に直接接触することがない。   In the second embodiment configured as described above, when an external load is applied to the fuel cell stack 120, the plate portion 80 b is deformed to the inner wall side of the center console 14 as shown in FIG. 9. At that time, the protective sheet 122 provided on the surface of the plate portion 80b covers the edge portion forming the opening portion 82 of the plate portion 80b, and the cable 98 does not directly contact the edge portion.

これにより、簡単な構成で、ケーブル98の損傷を良好且つ確実に抑制することができ、前記ケーブル98の短絡が防止される等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Thereby, with the simple configuration, damage to the cable 98 can be reliably and reliably suppressed, and the same effects as those of the first embodiment can be obtained, such as prevention of a short circuit of the cable 98.

なお、第1及び第2の実施形態では、燃料電池スタック10、120は、車室16内のセンターコンソール14に配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、燃料電池車両12の前部(ボンネット部)やこの燃料電池車両12の床下部等にも収容することができる。   In the first and second embodiments, the fuel cell stacks 10 and 120 are disposed on the center console 14 in the passenger compartment 16, but the present invention is not limited to this. For example, it can be accommodated in the front part (bonnet part) of the fuel cell vehicle 12 or the lower floor of the fuel cell vehicle 12.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックが搭載される燃料電池車両の一部側面説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a partial side view of a fuel cell vehicle on which a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention is mounted. 前記燃料電池スタックの斜視説明図である。It is a perspective view of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the unit cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックを構成するセル電圧端子とコネクタとの接続状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the connection state of the cell voltage terminal and connector which comprise the said fuel cell stack. 前記セル電圧端子と前記コネクタとの接続状態を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the connection state of the said cell voltage terminal and the said connector. 前記燃料電池スタックを構成するケーシングが変形した状態の説明図である。It is explanatory drawing of the state which the casing which comprises the said fuel cell stack deform | transformed. 変形した前記ケーシングが復帰した状態の説明図である。It is explanatory drawing of the state which the deformed casing returned. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックの要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the fuel cell stack which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記燃料電池スタックを構成するケーシングが変形した状態の説明図である。It is explanatory drawing of the state which the casing which comprises the said fuel cell stack deform | transformed. 従来技術の取り付け構造の説明図である。It is explanatory drawing of the attachment structure of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

10、120…燃料電池スタック 12…燃料電池車両
14…センターコンソール 18a、18b…フロントシート
22…単位セル 24…積層体
30a、30b…エンドプレート 32…ケーシング
40…電解質膜・電極構造体 42、44…金属セパレータ
52…固体高分子電解質膜 54…アノード側電極
56…カソード側電極 58…燃料ガス流路
60…冷却媒体流路 62…酸化剤ガス流路
68…セル電圧端子 74a〜74d…側板
76…アングル部材 78…ヒンジ構造
94…コネクタ 96…接続端子部
98…ケーブル 100…はんだ部
102…コネクタカバー 104…保護部材
108…弛み部 122…保護シート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 120 ... Fuel cell stack 12 ... Fuel cell vehicle 14 ... Center console 18a, 18b ... Front seat 22 ... Unit cell 24 ... Laminated body 30a, 30b ... End plate 32 ... Casing 40 ... Electrolyte membrane electrode assembly 42, 44 ... Metal separator 52 ... Solid polymer electrolyte membrane 54 ... Anode side electrode 56 ... Cathode side electrode 58 ... Fuel gas passage 60 ... Cooling medium passage 62 ... Oxidant gas passage 68 ... Cell voltage terminals 74a to 74d ... Side plate 76 ... Angle member 78 ... Hinge structure 94 ... Connector 96 ... Connection terminal part 98 ... Cable 100 ... Solder part 102 ... Connector cover 104 ... Protective member 108 ... Loose part 122 ... Protective sheet

Claims (3)

一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとを有する単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容するとともに、車両内に配置される燃料電池スタックであって、
前記ケーシングの少なくとも一の面には、各単位セル毎又は複数の単位セル毎にセル電圧を検出するために、前記単位セルに設けられたセル電圧端子に対応して開口部が形成されるとともに、
前記セル電圧端子に接続されるケーブルには、前記ケーブルを保護するための保護部材が設けられ、
前記燃料電池スタックに外部荷重が付与された際、前記ケーシングが前記車両の内壁に当接するまで変形した状態で、前記開口部を形成するエッジ部が前記保護部材に接触するように、前記保護部材の長さ及び前記ケーブルの弛み長さを設定することを特徴とする燃料電池スタック。
A fuel cell stack disposed in a vehicle while accommodating a stacked body in which a plurality of unit cells each having an electrolyte / electrode structure and a separator each having a pair of electrodes provided on both sides of the electrolyte are stacked in a box-shaped casing There,
In at least one surface of the casing, an opening is formed corresponding to a cell voltage terminal provided in the unit cell in order to detect a cell voltage for each unit cell or for each unit cell. ,
The cable connected to the cell voltage terminal is provided with a protective member for protecting the cable,
When an external load is applied to the fuel cell stack, the protective member is configured such that an edge portion forming the opening contacts the protective member in a state in which the casing is deformed until it abuts against an inner wall of the vehicle. And a slack length of the cable are set.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記ケーブルは、前記ケーシングが前記変形した状態よりも大きく変形した際に、集中的に切断される破断部位を設けることを特徴とする燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the cable is provided with a broken portion that is intensively cut when the casing is deformed to a greater extent than the deformed state. 3. 一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとを有する単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容するとともに、車両内に配置される燃料電池スタックであって、
前記ケーシングの少なくとも一の面には、各単位セル毎又は複数の単位セル毎にセル電圧を検出するために、前記単位セルに設けられたセル電圧端子に対応して開口部が形成されるとともに、
前記セル電圧端子に接続されるケーブルには、前記ケーブルを保護するための保護部材が設けられ、
前記ケーシングには、前記ケーシングと前記ケーブルとの間に前記開口部側に突出して設けられ、前記燃料電池スタックに外部荷重が付与されて前記ケーシングが変形した際に、前記ケーブルが前記開口部を形成するエッジ部に接触することを阻止する保護シートが設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
A fuel cell stack disposed in a vehicle while accommodating a stacked body in which a plurality of unit cells each having an electrolyte / electrode structure and a separator each having a pair of electrodes provided on both sides of the electrolyte are stacked in a box-shaped casing There,
In at least one surface of the casing, an opening is formed corresponding to a cell voltage terminal provided in the unit cell in order to detect a cell voltage for each unit cell or for each unit cell. ,
The cable connected to the cell voltage terminal is provided with a protective member for protecting the cable,
The casing is provided between the casing and the cable so as to protrude toward the opening, and when the external deformation is applied to the fuel cell stack and the casing is deformed, the cable opens the opening. A fuel cell stack comprising a protective sheet for preventing contact with an edge portion to be formed.
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