JP6008202B2 - Fuel cell stack - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池セルを複数積層したセル積層体の両端にエンドプレートを配置してなる燃料電池スタックに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell stack in which end plates are arranged at both ends of a cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked.

一般に燃料電池スタックは、例えば、膜電極接合体、ガス拡散層、セパレータ等からなる燃料電池セルを複数積層して構成されるセル積層体を、一対のエンドプレートで挟持し、これらを締結具(例えばボルト及びナット)で締め付けることにより形成されている。各燃料電池セルに対しては、燃料ガス(例えば水素)、酸化ガス(例えば空気)、あるいは燃料電池セルの過加熱を防止するための冷却媒体(例えば冷却水)を供給する必要がある。このため、燃料電池セル積層体の両端部に配置されるエンドプレートは、上記ガス又は冷媒をスタック内に流通させるための出入口となるマニホールドを具備している。   In general, a fuel cell stack includes, for example, a cell stack formed by stacking a plurality of fuel cell cells composed of a membrane electrode assembly, a gas diffusion layer, a separator, and the like, and a pair of end plates. For example, it is formed by tightening with bolts and nuts). Each fuel cell needs to be supplied with a fuel gas (for example, hydrogen), an oxidizing gas (for example, air), or a cooling medium (for example, cooling water) for preventing overheating of the fuel cell. For this reason, the end plates arranged at both ends of the fuel cell stack include manifolds that serve as inlets and outlets for allowing the gas or refrigerant to flow through the stack.

このようなエンドプレートにあっては、ボルト等で強固に固定する必要があり、所定の締結力が及んでもプレート自体が機械的な変形や歪みを生じない程度に高強度であることが要求される。このため、エンドプレートは金属板を用いて形成されるのが通常である。   In such an end plate, it is necessary to firmly fix it with bolts, etc., and it is required that the plate itself is strong enough to prevent mechanical deformation or distortion even if a predetermined fastening force is exerted. Is done. For this reason, the end plate is usually formed using a metal plate.

金属板のエンドプレートを用いた燃料電池スタックとして、例えば、下記特許文献1に記載されたものが提案されている。下記特許文献1に記載された燃料電池スタックに用いられるエンドプレートは、チタン合金等で形成された複数の金属薄板を積層して構成される。複数の金属薄板を積層して構成することで、セル積層体の要求に応じて金属薄板の枚数を調整することができる。金属薄板の枚数を調整して、エンドプレートの板厚を増加させることにより、エンドプレートの曲げ強度や剛性を向上させることが可能となっている。   As a fuel cell stack using a metal plate end plate, for example, a fuel cell stack described in Patent Document 1 below has been proposed. The end plate used in the fuel cell stack described in Patent Document 1 below is configured by laminating a plurality of thin metal plates formed of titanium alloy or the like. By laminating a plurality of thin metal plates, the number of thin metal plates can be adjusted according to the requirements of the cell stack. By adjusting the number of thin metal plates and increasing the plate thickness of the end plate, it is possible to improve the bending strength and rigidity of the end plate.

しかしながら、下記特許文献1に記載の燃料電池スタックでは、要求される曲げ強度や剛性が大きいほど金属薄板の枚数が増加することとなるため、エンドプレートの重量が大きくなる。このため、燃料電池スタックを車両に搭載した場合に、車両衝突時の慣性衝撃力が増加し、燃料電池スタックの破損する可能性が高くなるという課題があった。   However, in the fuel cell stack described in Patent Document 1 described below, as the required bending strength and rigidity increase, the number of thin metal plates increases, so the weight of the end plate increases. For this reason, when the fuel cell stack is mounted on the vehicle, there is a problem that the inertial impact force at the time of the vehicle collision increases and the possibility of the fuel cell stack being damaged increases.

一方、下記特許文献2に記載の燃料電池スタック用エンドプレートでは、そのエンドプレートに用いる材料として、重量が大きい金属製の材料ではなく高強度の樹脂材料を選定し、エンドプレートの軽量化を図ったものが提案されている。   On the other hand, in the end plate for a fuel cell stack described in Patent Document 2 below, as a material used for the end plate, a high-strength resin material is selected instead of a heavy metal material to reduce the weight of the end plate. Have been proposed.

特開2009−266431号公報JP 2009-266431 A 特開2001−236982号公報JP 2001-236882 A

上記特許文献2に記載された燃料電池スタック用エンドプレートは、樹脂材料を用いているため、上記特許文献1に記載された金属板のエンドプレートによる重量の大きさの課題をある程度解消しているものと思われる。しかしながら、エンドプレートは面全体で高い圧力を継続して受けるため、エンドプレートを樹脂材料により成形した場合には、時間の経過とともに変形が増加していくクリープ現象の懸念がある。更に、エンドプレートの表面には、燃料電池スタックに水素ガスを供給するための水素系部品である水素ポンプや気液分離器等の補機類を取り付けることが通常であるが、これら補機類を取り付ける面においては、その表面精度を確保するために切削加工を行う必要がある。この切削加工の工程においては、その加工時間が数時間に及ぶため、製造コストの増加につながってしまうという課題もあった。   Since the end plate for a fuel cell stack described in Patent Document 2 uses a resin material, the problem of the size of the weight due to the end plate of the metal plate described in Patent Document 1 is solved to some extent. It seems to be. However, since the end plate continuously receives a high pressure over the entire surface, there is a concern of a creep phenomenon in which the deformation increases with the passage of time when the end plate is molded from a resin material. Furthermore, it is usual to attach auxiliary equipment such as hydrogen pumps and gas-liquid separators, which are hydrogen parts for supplying hydrogen gas to the fuel cell stack, on the surface of the end plate. In order to ensure the surface accuracy, it is necessary to perform a cutting process on the surface to be attached. In this cutting process, since the processing time is several hours, there is a problem that the manufacturing cost is increased.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンドプレートの強度、剛性を保ちつつ、軽量化を図ることができると共に、エンドプレートの製造コストの低減を図ることができる燃料電池スタックを提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to reduce the manufacturing cost of the end plate while reducing the weight while maintaining the strength and rigidity of the end plate. It is to provide a fuel cell stack that can be used.

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池スタックは、燃料電池セルを複数積層したセル積層体の両端にエンドプレートを配置してなる燃料電池スタックであって、前記エンドプレートは、第1金属板と、前記燃料電池セルの積層方向に沿って貫通形成された多角形状の中空部が相互に間隔をおいて複数配置されている第2金属板とを備え、前記第1金属板と前記第2金属板とは複数交互に積層されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a fuel cell stack according to the present invention is a fuel cell stack in which end plates are arranged at both ends of a cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked, A metal plate; and a second metal plate in which a plurality of polygonal hollow portions formed so as to penetrate along the stacking direction of the fuel cells are arranged at intervals, the first metal plate and the A plurality of second metal plates are alternately stacked.

本発明に係る燃料電池スタックでは、第1金属板と、燃料電池セルの積層方向に沿って貫通形成された多角形状の中空部が相互に間隔をおいて複数配置されている第2金属板とを複数交互に積層したエンドプレートを備えているので、エンドプレートの剛性を保ちつつ、エンドプレートの軽量化を図ることができる。   In the fuel cell stack according to the present invention, a first metal plate, and a second metal plate in which a plurality of polygonal hollow portions penetratingly formed along the stacking direction of the fuel cells are arranged at intervals from each other, Since the end plate in which a plurality of layers are alternately stacked is provided, it is possible to reduce the weight of the end plate while maintaining the rigidity of the end plate.

また本発明に係る燃料電池スタックにおいて、前記第2金属板は、前記中空部が六角形断面とされたハニカム構造を有していることも好ましい。   In the fuel cell stack according to the present invention, it is also preferable that the second metal plate has a honeycomb structure in which the hollow portion has a hexagonal cross section.

この好ましい態様では、第2金属板がハニカム構造を有しているので、金属板のみで製造されたエンドプレートと同等程度の剛性を保ちつつ、エンドプレートの軽量化を図ることができる。その結果、車両衝突時に燃料電池スタック破損の可能性を低下させることができる。   In this preferred embodiment, since the second metal plate has a honeycomb structure, it is possible to reduce the weight of the end plate while maintaining the same degree of rigidity as that of the end plate manufactured using only the metal plate. As a result, the possibility of damage to the fuel cell stack at the time of a vehicle collision can be reduced.

また本発明に係る燃料電池スタックにおいて、前記第1金属板のうち、前記燃料電池セルに水素ガスを供給するための水素系部品が取り付けられる側の第3金属板と、前記第3金属板に隣接する前記第2金属板との間に、断熱層を設けていることも好ましい。   In the fuel cell stack according to the present invention, the first metal plate may include a third metal plate on a side on which a hydrogen-based component for supplying hydrogen gas to the fuel cell is attached, and the third metal plate. It is also preferable to provide a heat insulating layer between the adjacent second metal plates.

この好ましい態様では、エンドプレートの水素系部品が取り付けられる側の第3金属板と、第3金属板に隣接する中空部を有する第2金属板との間に、断熱層を設けているので、熱の伝播方向をエンドプレートの面方向に制限することができる。その結果、エンドプレートにおける放熱を促進させることができる。   In this preferred embodiment, since the heat insulating layer is provided between the third metal plate on the side where the hydrogen-based parts of the end plate are attached and the second metal plate having a hollow portion adjacent to the third metal plate, The heat propagation direction can be limited to the end plate surface direction. As a result, heat dissipation in the end plate can be promoted.

また本発明に係る燃料電池スタックにおいて、前記第3金属板のうち、前記第3金属板の前記水素系部品が取り付けられる部位は、他の部位よりも薄く形成されていることも好ましい。   In the fuel cell stack according to the present invention, it is also preferable that a portion of the third metal plate to which the hydrogen-based component is attached is formed thinner than other portions.

この好ましい態様では、エンドプレートにおける水素系部品が取り付けられる部位の金属板を薄く形成することにより、水素系部品が取り付けられる部位の熱容量を下げることができる。その結果、水素系部品で発生した熱が金属板の面方向に伝播しやすくすることができるので、放熱を促進させることができる。   In this preferred embodiment, the heat capacity of the part to which the hydrogen-based part is attached can be reduced by forming the metal plate of the part to which the hydrogen-based part is attached in the end plate thinly. As a result, heat generated in the hydrogen-based component can be easily propagated in the surface direction of the metal plate, and thus heat dissipation can be promoted.

本発明によれば、高強度、高剛性の金属塊で形成された従来のエンドプレートと同等の強度、剛性を保ちつつ、軽量化を図ることができるエンドプレートを備える燃料電池スタックを提供することができる。また、本発明によれば、金属板材を積層してエンドプレートを構成しているため、エンドプレート表面の水素ポンプ等の補機類を取り付ける部分における切削加工の工程を削減することできる。その結果、製造コストの低減を図ることができる燃料電池スタックを提供することができる。   According to the present invention, there is provided a fuel cell stack including an end plate that can be reduced in weight while maintaining the same strength and rigidity as a conventional end plate formed of a high-strength, high-rigidity metal lump. Can do. Further, according to the present invention, since the end plate is configured by laminating metal plate materials, it is possible to reduce the cutting process in the portion where the auxiliary equipment such as a hydrogen pump on the surface of the end plate is attached. As a result, a fuel cell stack capable of reducing the manufacturing cost can be provided.

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの概略構成を示す側面図である。1 is a side view showing a schematic configuration of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池スタックが備えるエンドプレートの平面図である。It is a top view of the end plate with which the fuel cell stack concerning the embodiment of the present invention is provided. 本発明の実施形態に係る燃料電池スタックが備える異形断面金属板の平面図である。It is a top view of the irregular cross-section metal plate with which the fuel cell stack concerning the embodiment of the present invention is provided. 本発明の第2実施形態に係る燃料電池スタックが備えるエンドプレートの断面図である。It is sectional drawing of the end plate with which the fuel cell stack concerning 2nd Embodiment of this invention is provided. 本発明の第3実施形態に係る燃料電池スタックが備えるエンドプレートの断面図である。It is sectional drawing of the end plate with which the fuel cell stack concerning 3rd Embodiment of this invention is provided.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施形態における燃料電池スタック1の概略構成を示す側面図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a fuel cell stack 1 according to the first embodiment of the present invention.

燃料電池スタック1は、固体高分子分離膜を備えた固体高分子型の燃料電池であり、電解質膜、アノード、カソード、およびセパレータとから構成される燃料電池セル2を複数積層したセル積層体3を有している。電解質膜は、フッ素系の固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。アノード、カソードの間には、水素ガスおよび酸化ガスの流路が形成されている。アノードおよびカソードは、共に炭素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレータは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンなどガス不透過の導電性部材により形成されている。   The fuel cell stack 1 is a solid polymer fuel cell having a solid polymer separation membrane, and is a cell stack 3 in which a plurality of fuel cells 2 each composed of an electrolyte membrane, an anode, a cathode, and a separator are stacked. have. The electrolyte membrane is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a fluorine-based solid polymer material. Between the anode and the cathode, a flow path for hydrogen gas and oxidizing gas is formed. Both the anode and the cathode are made of carbon cloth woven from carbon fibers. The separator is formed of a gas-impermeable conductive member such as dense carbon which is compressed by gas and impermeable to gas.

燃料電池スタック1は、エンドプレート10A、10Bに固定されている。エンドプレート10A、10Bは、セル積層体3を挟持するように、ボルト及びナット(図示せず)により積層方向へ荷重をかけて締結されている。以下に示す実施形態においては、燃料電池セルを積層する方向が「積層方向」に、積層方向に略垂直な方向が「面方向」に、それぞれ対応している。   The fuel cell stack 1 is fixed to the end plates 10A and 10B. The end plates 10A and 10B are fastened by applying a load in the stacking direction with bolts and nuts (not shown) so as to sandwich the cell stack 3. In the embodiments described below, the direction in which the fuel cells are stacked corresponds to the “stacking direction”, and the direction substantially perpendicular to the stacking direction corresponds to the “plane direction”.

続いて、図2を参照しながらエンドプレート10を構成する金属薄板31(第1金属板)及び異形断面金属板41(第2金属板)について説明する。図2(A)はエンドプレート10の平面図である。図2(B)は、エンドプレート10の断面図である。図2(C)は、図2(A)に示すエンドプレート10のA−A線における断面図である。   Next, the metal thin plate 31 (first metal plate) and the modified cross-section metal plate 41 (second metal plate) constituting the end plate 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a plan view of the end plate 10. FIG. 2B is a cross-sectional view of the end plate 10. 2C is a cross-sectional view taken along line AA of the end plate 10 illustrated in FIG.

図2(A)、図2(B)及び図2(C)に示すように、エンドプレート10は、金属薄板31と、異形断面金属板41とを複数交互に積層して構成される。つまり、エンドプレート10を積層方向に見たときに、金属薄板31c、異形断面金属板41b、金属薄板31b、異形断面金属板41a、金属薄板31aの順に積層するように構成されている。金属薄板31及び異形断面金属板41の積層枚数は、調整することが可能であり、セル積層体3の積層数、燃料電池セル2の特性等に合わせてその枚数が適宜決定される。本実施形態においては、エンドプレート10の表面10a、10bは、両方ともハニカム構造に加工されていない金属板、すなわち、金属薄板31a及び金属薄板31cにより形成されている。   As shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, the end plate 10 is configured by alternately laminating a plurality of thin metal plates 31 and deformed cross-section metal plates 41. That is, when the end plate 10 is viewed in the stacking direction, the thin metal plate 31c, the deformed cross section metal plate 41b, the thin metal plate 31b, the deformed cross section metal plate 41a, and the thin metal plate 31a are stacked in this order. The number of stacked thin metal plates 31 and deformed cross-section metal plates 41 can be adjusted, and the number is appropriately determined according to the number of stacked cell stacks 3, the characteristics of the fuel cell 2, and the like. In the present embodiment, the surfaces 10a and 10b of the end plate 10 are both formed of a metal plate that has not been processed into a honeycomb structure, that is, a metal thin plate 31a and a metal thin plate 31c.

金属薄板31a、金属薄板31b及び金属薄板31cには、例えばアルミ板材が用いられている。金属薄板31a、金属薄板31b及び金属薄板31cは、例えば板厚5mm程度の金属板であり、それぞれ同一の厚さであることが好ましい。金属薄板31a、金属薄板31b及び金属薄板31cには、ボルト穴21及び貫通穴22が形成されている。ボルト穴21は、金属薄板31a、金属薄板31b及び金属薄板31cの外周端部に複数設けられている。貫通穴22は、金属薄板31a、金属薄板31b及び金属薄板31cの長手方向の両端部近傍に、その表面から裏面まで貫通して複数設けられている。   For example, an aluminum plate material is used for the metal thin plate 31a, the metal thin plate 31b, and the metal thin plate 31c. The metal thin plate 31a, the metal thin plate 31b, and the metal thin plate 31c are, for example, metal plates having a thickness of about 5 mm, and preferably have the same thickness. Bolt holes 21 and through holes 22 are formed in the metal thin plate 31a, the metal thin plate 31b, and the metal thin plate 31c. A plurality of bolt holes 21 are provided at the outer peripheral ends of the metal thin plate 31a, the metal thin plate 31b, and the metal thin plate 31c. A plurality of through holes 22 are provided in the vicinity of both ends in the longitudinal direction of the metal thin plate 31a, the metal thin plate 31b, and the metal thin plate 31c so as to penetrate from the front surface to the back surface.

異形断面金属板41a及び異形断面金属板41bには、例えばアルミ板材が用いられている。異形断面金属板41aと異形断面金属板41bは、それぞれ同一の厚さであることが好ましい。異形断面金属板41a及び異形断面金属板41bには、金属薄板31と同様に、ボルト穴21及び貫通穴22が形成されている。   For example, an aluminum plate material is used for the modified cross-section metal plate 41a and the modified cross-section metal plate 41b. It is preferable that the modified cross-section metal plate 41a and the modified cross-section metal plate 41b have the same thickness. Similar to the metal thin plate 31, the bolt hole 21 and the through hole 22 are formed in the modified cross-section metal plate 41 a and the modified cross-section metal plate 41 b.

金属薄板31及び異形断面金属板41の製作方法は、例えばアルミ板材をプレス加工により一定の厚さを有する薄板に成形することにより製作される。同時に、プレス加工によりボルト穴21及びその表面から裏面を貫通する貫通穴22を形成する。異形断面金属板41については、ボルト穴21及び貫通穴22以外の部分において、プレス抜き加工によりハニカム構造に加工する(詳細は後述する)。これにより、金属薄板31及び異形断面金属板41が作製される。そして、作製された金属薄板31と異形断面金属板41とを、セル積層体3等に求められる強度、剛性が得られる積層数に重ねて配置し、各々の金属薄板31及び異形断面金属板41の表面に、クラッド材を塗布し熱を加える手法を用いて固定又はボルト締結等によって固定することで、エンドプレート10が作製される。   The metal thin plate 31 and the modified cross-section metal plate 41 are manufactured by, for example, forming an aluminum plate material into a thin plate having a certain thickness by pressing. At the same time, a bolt hole 21 and a through hole 22 penetrating from the front surface to the back surface are formed by pressing. The irregular cross-section metal plate 41 is processed into a honeycomb structure by press punching at portions other than the bolt holes 21 and the through holes 22 (details will be described later). Thereby, the metal thin plate 31 and the irregular cross-section metal plate 41 are produced. Then, the manufactured metal thin plate 31 and the modified cross-section metal plate 41 are arranged so as to be stacked in the number of layers that can obtain the strength and rigidity required for the cell laminate 3 and the like. The end plate 10 is manufactured by applying a clad material to the surface and fixing by means of applying heat or fixing with bolts.

図2(C)に示すように、金属薄板31と異形断面金属板41とを積層した際に、貫通穴22は、それぞれ互いに重なり合う位置に形成されている。互いに重なり合うことで、エンドプレート10とセル積層体3との間で流路が形成される。この流路を介して、セル積層体3の内部に、水素ガス、酸化ガス、冷却媒体等の流体を導入又は排出することができるように構成される。   As shown in FIG. 2C, when the thin metal plate 31 and the odd-shaped cross-section metal plate 41 are laminated, the through holes 22 are formed at positions where they overlap each other. By overlapping each other, a flow path is formed between the end plate 10 and the cell stack 3. Via this flow path, fluid such as hydrogen gas, oxidizing gas, and cooling medium can be introduced or discharged into the cell stack 3.

また、エンドプレート10の一方の表面10a、すなわち金属薄板31aの表面には、水素系部品25が装着される。水素系部品25は、燃料電池セル2に水素ガスを供給するための部品であり、図示しない水素入口弁、レギュレータ、水素ポンプ、気液分離器、水素排出弁などの補機類、及びこれらに接続された配管を含むものである。この補機類等を取り付ける部分では、シール性が求められるため、ある程度の表面精度を確保する必要がある。この表面精度を確保するために、金属板材を積層したタイプではない従来のエンドプレートでは、その表面を切削加工する必要があり、この切削加工に多くの時間を費やしていた。本実施形態のエンドプレート10は、金属板材を積層して構成され、その表面10aがプレス加工により成形されたアルミ板材であることから、ある程度の表面精度を確保することができる。このため、補機類等を取り付ける部分の切削加工を行わずに使用することができ、加工時間の短縮を図ることができる。加工時間短縮の結果、エンドプレート10の製造コストの低減を図ることができる。   A hydrogen-based component 25 is mounted on one surface 10a of the end plate 10, that is, the surface of the thin metal plate 31a. The hydrogen system part 25 is a part for supplying hydrogen gas to the fuel battery cell 2, and includes an unillustrated hydrogen inlet valve, a regulator, a hydrogen pump, a gas-liquid separator, a hydrogen discharge valve, and other auxiliary machines, and these Includes connected piping. The part to which the auxiliary machines and the like are attached is required to have a certain level of surface accuracy since sealing performance is required. In order to ensure this surface accuracy, a conventional end plate which is not a type in which metal plate materials are laminated needs to cut the surface, and much time has been spent on the cutting. The end plate 10 of the present embodiment is configured by laminating metal plate materials, and since the surface 10a is an aluminum plate material formed by pressing, a certain degree of surface accuracy can be ensured. For this reason, it can be used without cutting the part to which the auxiliary machinery or the like is attached, and the processing time can be shortened. As a result of shortening the processing time, the manufacturing cost of the end plate 10 can be reduced.

続いて、図3を参照しながらエンドプレート10に含まれる異形断面金属板41の構造についてさらに詳細に説明する。図3は、図2(B)に示すエンドプレート10のB−B線における断面図である。   Next, the structure of the modified cross-section metal plate 41 included in the end plate 10 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of the end plate 10 shown in FIG.

異形断面金属板41は、貫通穴22の周囲に配置される金属板42a、42b(例えばアルミ板材)と、燃料電池セル2の積層方向に沿って貫通形成された多角形状(本実施形態では正六角形又はその一部が切り欠かれた形状)の中空部43が相互に間隔をおいて複数配置されてなるハニカム構造部44とを有している。中空部43は、異形断面金属板41の表面から裏面まで貫通して形成されている。   The odd-shaped cross-section metal plate 41 is a polygonal shape (in the present embodiment, regular hexagon) formed through the metal plates 42a and 42b (for example, aluminum plate material) disposed around the through hole 22 and the stack direction of the fuel cells 2. A hollow structure 43 having a rectangular shape or a part of which is cut away) has a honeycomb structure section 44 in which a plurality of hollow sections 43 are arranged at intervals. The hollow portion 43 is formed so as to penetrate from the front surface to the back surface of the modified cross-section metal plate 41.

金属板42a、42bは、貫通穴22の幅と同程度又は一回り大きい幅を有し、貫通穴22を覆うように形成される。そして、この金属板42a、42bが形成された部分以外の部分は、プレス抜き加工した中空部43が相互に間隔をおいて複数配置されてなるハニカム構造部44が形成される。エンドプレート10のより一層の軽量化を図る観点からは、貫通穴22等が形成された部分以外の部分において、ハニカム構造部44が広範囲に形成されていることが好ましい。ハニカム構造部44は、金属製の薄板が六角形を成し、垂直に立てられた多数の構造となっている。このため、ハニカム構造部44は、積層方向の圧縮に強い特性を有している。   The metal plates 42 a and 42 b have a width that is approximately the same as or slightly larger than the width of the through hole 22, and is formed so as to cover the through hole 22. In addition to the portions where the metal plates 42a and 42b are formed, a honeycomb structure portion 44 is formed in which a plurality of hollow portions 43 that have been subjected to punching are arranged at intervals. From the viewpoint of further reducing the weight of the end plate 10, it is preferable that the honeycomb structure portion 44 is formed in a wide range in a portion other than the portion where the through hole 22 or the like is formed. The honeycomb structure portion 44 has a large number of vertical structures in which metal thin plates have a hexagonal shape. For this reason, the honeycomb structure part 44 has a characteristic strong against compression in the stacking direction.

このように、エンドプレート10を、ハニカム構造部44を有する異形断面金属板41を含む構成とすることにより、従来のチタン合金等の金属板のみで形成されたエンドプレートと同等程度の強度、剛性を保ちつつ、軽量化を図ることができるエンドプレート10を提供することができる。その結果、エンドプレート10を備える燃料電池スタック1を車両に搭載した場合において、車両衝突時における慣性衝撃力を低減することができるため、燃料電池スタック1破損の可能性を低下させることができる。   As described above, the end plate 10 includes the modified cross-section metal plate 41 having the honeycomb structure portion 44, so that the end plate 10 has the same strength and rigidity as an end plate formed only of a metal plate such as a conventional titanium alloy. It is possible to provide the end plate 10 that can be reduced in weight while maintaining the above. As a result, when the fuel cell stack 1 including the end plate 10 is mounted on a vehicle, the inertial impact force at the time of the vehicle collision can be reduced, so that the possibility of the fuel cell stack 1 being damaged can be reduced.

続いて、図4を参照しながら、本発明の第2実施形態における燃料電池スタック1について説明する。図4に示すエンドプレート10は、第1実施形態で示した燃料電池スタック1におけるエンドプレート10に、断熱性能を有する断熱層51を形成したもので、それ以外の構成及び機能は第1実施形態の燃料電池スタック1と同じである。したがって、第1実施形態の燃料電池スタック1におけるエンドプレート10と同じ部分については第1実施形態のものと同一の符合を用い、それらについての説明は省略する。   Next, the fuel cell stack 1 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The end plate 10 shown in FIG. 4 is obtained by forming a heat insulating layer 51 having heat insulating performance on the end plate 10 in the fuel cell stack 1 shown in the first embodiment, and other configurations and functions are the first embodiment. This is the same as the fuel cell stack 1 of FIG. Therefore, the same reference numerals as those of the first embodiment are used for the same portions as those of the end plate 10 in the fuel cell stack 1 of the first embodiment, and description thereof is omitted.

断熱層51は、水素系部品25である補機類が取り付けられる金属薄板31a(第3金属板)と、この金属薄板31aに隣接する異形断面金属板41aとの間に配置されている。その結果、エンドプレート10の断面を、補機類が取り付けられる金属薄板31aから下方に向かって見たときに、金属薄板31a、断熱層51、異形断面金属板41a、金属薄板31b、異形断面金属板41b及び金属薄板31cの順に積層される構造となっている。断熱層51は、例えばアルミ等の金属板の表面に樹脂コーティングしたものにより形成され、断熱性を有している。このため、エンドプレート10の板厚方向に熱が伝播した場合に、熱の伝播方向を制限することができる。断熱層51は、熱伝導率が低く、また安価であれば好ましい。断熱層51の材料としては、例えば、PP材、PA材等(PA6T−GF等)が挙げられる。また、貫通穴22内には、絶縁、腐食防止のため樹脂がインサート成形されているが、断熱層51の材料を貫通穴22内の樹脂と同じにすることにより、断熱層51のはがれを抑制することができる。なお、断熱層51を設ける方法として、加工された(貫通穴が形成された)樹脂板を積層して設けても良い。   The heat insulation layer 51 is disposed between a metal thin plate 31a (third metal plate) to which auxiliary equipment as the hydrogen-based component 25 is attached and a modified cross-section metal plate 41a adjacent to the metal thin plate 31a. As a result, when the cross section of the end plate 10 is viewed downward from the metal thin plate 31a to which the accessories are attached, the metal thin plate 31a, the heat insulating layer 51, the deformed cross section metal plate 41a, the metal thin plate 31b, and the deformed cross section metal. The plate 41b and the thin metal plate 31c are stacked in this order. The heat insulation layer 51 is formed by, for example, a metal plate made of aluminum or the like coated with a resin and has a heat insulation property. For this reason, when heat propagates in the plate thickness direction of the end plate 10, the heat propagation direction can be limited. The heat insulating layer 51 is preferable if it has low thermal conductivity and is inexpensive. As a material of the heat insulation layer 51, PP material, PA material, etc. (PA6T-GF etc.) are mentioned, for example. In addition, resin is insert-molded in the through hole 22 to prevent insulation and corrosion. By making the material of the heat insulating layer 51 the same as the resin in the through hole 22, peeling of the heat insulating layer 51 is suppressed. can do. In addition, as a method of providing the heat insulating layer 51, processed resin plates (through holes formed) may be stacked and provided.

本実施形態におけるエンドプレート10の作製としては、まず、プレス加工により異形断面金属板41を成形する。そして、金属薄板31と断熱層51と異形断面金属板41とを重ね合わせ、ボルト締結、樹脂インサート成型等を用いて、エンドプレート10が作製される。   In producing the end plate 10 in the present embodiment, first, the deformed cross-section metal plate 41 is formed by pressing. And the end plate 10 is produced by superimposing the thin metal plate 31, the heat insulating layer 51, and the odd-shaped cross-section metal plate 41, and using bolt fastening, resin insert molding, or the like.

このようにエンドプレート10を、金属薄板31aと異形断面金属板41との間に断熱層51を積層することにより、エンドプレート10の板厚方向に補機類から発生した熱が伝播した場合に、熱の伝播方向をエンドプレート10の面方向に制限することができる。その結果、エンドプレート10の軽量化、製造コストの低減を図ることできることに加えて、エンドプレート10における放熱が促進され、異形断面金属板41に形成されたハニカム構造部44に熱がこもることを抑制することができる。   In this way, when the heat generated from the auxiliary equipment is propagated in the thickness direction of the end plate 10 by laminating the heat insulating layer 51 between the thin metal plate 31a and the odd-shaped cross-section metal plate 41 in the end plate 10. The heat propagation direction can be limited to the surface direction of the end plate 10. As a result, the weight of the end plate 10 can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. In addition, heat dissipation in the end plate 10 is promoted, and heat is trapped in the honeycomb structure portion 44 formed in the deformed cross-section metal plate 41. Can be suppressed.

続いて、図5を参照しながら、本発明の第3実施形態における燃料電池スタック1について説明する。図5に示すエンドプレート10は、第1実施形態で示したエンドプレート10における水素系部品25としての補機類が取り付けられる側の金属薄板31aの板厚を薄くしたもので、それ以外の構成及び機能は第1実施形態の燃料電池スタック1と同じである。したがって、第1実施形態の燃料電池スタック1におけるエンドプレート10と同じ部分については第1実施形態のものと同一の符合を用い、それらについての説明は省略する。   Next, the fuel cell stack 1 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The end plate 10 shown in FIG. 5 is obtained by reducing the thickness of the metal thin plate 31a on the side where the auxiliary equipment as the hydrogen-based component 25 in the end plate 10 shown in the first embodiment is attached. The function is the same as that of the fuel cell stack 1 of the first embodiment. Therefore, the same reference numerals as those of the first embodiment are used for the same portions as those of the end plate 10 in the fuel cell stack 1 of the first embodiment, and description thereof is omitted.

図5に示すように、補機類が取り付けられる側の金属薄板31aにおいて、補機類が取り付けられる部位61の板厚が、他の部位における金属薄板31aの板厚よりも薄く形成される。本実施形態におけるエンドプレート10の作製としては、まず、アルミ等の金属薄板を鍛造加工等により、補機類が取り付けられる部位のみ板厚を薄く成形した金属薄板31aを作製する。次に、プレス加工により、異形断面金属板41を成形する。そして、補機類が取り付けられる部位のみ板厚を薄く成形した金属薄板31aと、部分的に薄く加工していない金属薄板31b、31cと、異形断面金属板41とを組み合わせて焼き固め、ボルト締結、樹脂インサート成型等を用いてエンドプレート10を作製する。   As shown in FIG. 5, in the metal thin plate 31a on the side on which the accessories are attached, the thickness of the portion 61 to which the accessories are attached is formed thinner than the thickness of the metal thin plate 31a in the other portions. As the production of the end plate 10 in the present embodiment, first, a thin metal plate 31a is formed by thinning only a portion to which accessories are attached by forging a thin metal plate such as aluminum. Next, the irregular cross-section metal plate 41 is formed by pressing. Then, the metal thin plate 31a having a thin plate thickness only at the site where the accessories are attached, the metal thin plates 31b and 31c not partially thinned, and the deformed cross-section metal plate 41 are combined and baked and bolted Then, the end plate 10 is produced using resin insert molding or the like.

このように金属薄板31aの補機類取付面の板厚を薄くすることにより、金属薄板31aにおける補機類取付面の熱容量を下げることができる。このため、補機類で発生した熱が金属薄板31aの面方向に伝播させやすくすることができる。その結果、エンドプレート10の軽量化、製造コストの低減を図ることできることに加えて、エンドプレート10の放熱を促進させることができる。   Thus, by reducing the plate thickness of the accessory mounting surface of the metal thin plate 31a, the heat capacity of the accessory mounting surface of the metal thin plate 31a can be lowered. For this reason, the heat generated by the auxiliary machinery can be easily propagated in the surface direction of the metal thin plate 31a. As a result, the weight of the end plate 10 can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. In addition, the heat dissipation of the end plate 10 can be promoted.

以上、本発明の実施例を説明したが、これは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこの実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の実施例でも実施することが可能である。   As mentioned above, although the Example of this invention was described, this is an illustration for description of this invention, Comprising: It is not the meaning which limits the scope of the present invention only to this Example. The present invention can be implemented in various other embodiments.

1:燃料電池スタック
2:燃料電池セル
3:セル積層体
10:エンドプレート
21:ボルト穴
22:貫通穴
25:水素系部品
31:金属薄板
31a、31b、31c:金属薄板(第1金属板)
41a、41b:異形断面金属板(第2金属板)
43:中空部
44:ハニカム構造部
51:断熱層
1: Fuel cell stack 2: Fuel cell 3: Cell stack 10: End plate 21: Bolt hole 22: Through hole 25: Hydrogen-based component 31: Metal thin plates 31a, 31b, 31c: Metal thin plate (first metal plate)
41a, 41b: Deformed cross-section metal plate (second metal plate)
43: Hollow part 44: Honeycomb structure part 51: Heat insulation layer

Claims (3)

燃料電池セルを複数積層したセル積層体の両端にエンドプレートを配置してなる燃料電池スタックであって、
前記エンドプレートは、第1金属板と、前記燃料電池セルの積層方向に沿って貫通形成された多角形状の中空部が相互に間隔をおいて複数配置されている第2金属板とを備え、
前記第1金属板と前記第2金属板とは複数交互に積層され
前記第2金属板は、前記中空部が六角形断面とされたハニカム構造を有していることを特徴とする燃料電池スタック。
A fuel cell stack in which end plates are arranged at both ends of a cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked,
The end plate includes a first metal plate, and a second metal plate in which a plurality of polygonal hollow portions penetratingly formed along the stacking direction of the fuel cells are arranged at intervals.
A plurality of the first metal plates and the second metal plates are alternately laminated ,
The fuel cell stack, wherein the second metal plate has a honeycomb structure in which the hollow portion has a hexagonal cross section .
前記第1金属板のうち、前記燃料電池セルに水素ガスを供給するための水素系部品が取り付けられる側の第3金属板と、前記第3金属板に隣接する前記第2金属板との間に、断熱層を設け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。 Of the first metal plate, between a third metal plate on the side where a hydrogen-based component for supplying hydrogen gas to the fuel cell is attached and the second metal plate adjacent to the third metal plate a fuel cell stack according to claim 1, characterized in that is provided with a heat insulating layer. 前記第3金属板のうち、前記第3金属板の前記水素系部品が取り付けられる部位は、他の部位よりも薄く形成されていることを特徴とする請求項に記載の燃料電池スタック。 3. The fuel cell stack according to claim 2 , wherein a portion of the third metal plate to which the hydrogen-based component of the third metal plate is attached is formed thinner than other portions.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180137493A (en) * 2016-04-20 2018-12-27 스미토모덴키고교가부시키가이샤 Transport structure of redox flow cell, transport method of redox flow cell, and redox flow cell
JP6893339B2 (en) * 2017-03-01 2021-06-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Battery module

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2890102B2 (en) * 1995-01-20 1999-05-10 日本金属工業株式会社 Manufacturing method of metal honeycomb sandwich plate
JP3149716B2 (en) * 1995-01-23 2001-03-26 富士電機株式会社 Solid polymer electrolyte fuel cell
EP1665445A1 (en) * 2003-08-15 2006-06-07 Hydrogenics Corporation End plate for an electrochemical cell stack
JP2009266431A (en) * 2008-04-22 2009-11-12 Toyota Motor Corp End plate of fuel cell
KR100980927B1 (en) * 2008-05-13 2010-09-07 현대자동차주식회사 End plate for fuel cell stack and method for manufacturing the same
KR101315739B1 (en) * 2011-09-08 2013-10-10 현대자동차주식회사 End plate for fuel cell having sandwich insert

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