JP6703935B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、収納ケースの開口部を貫通して設けられたケーブルを備えた燃料電池スタックに関する。

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の両側に、それぞれ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（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セル（単位燃料電池）を備えている。

この種の燃料電池は、通常、所望の発電力を得るために、所定数（例えば、数十〜数百）の発電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、各発電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、一般的には、セパレータに設けられたセル電圧検知用端子を電圧検出装置（セル電圧モニタ）に接続して、発電時の発電セル毎のセル電圧を検出することが行われている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０００−２２３１４１号公報

燃料電池スタックでは、安全に関する法規により、水素がスタック外部に漏れ出ないようにするためのガスバリア構造を設けることが求められている。このような法規要求を満たすため、燃料電池スタックでは、発電セルが複数積層されてなるセル積層体を収納ケース内に収納することで、上記ガスバリア構造を実現している。

一方、収納ケースによる上記ガスバリア構造を維持しつつ、セパレータに設けられたセル電圧検知用端子を電圧検出装置に接続するために、収納ケースに設けた開口部にグロメットを配置して、当該グロメットに設けた孔にケーブルを通してシールすることが考えられる。この場合、ケーブルは、収納ケースの所望のシール性を確保しつつ、収納ケースの開口部に設けられたグロメットを介して外部に導出されることが求められる。

しかしながら、グロメットを収納ケースに組み付ける際、組み付け方によっては、グロメットの一部が上記開口部に落ち込み、グロメットが斜めに組み付けられるおそれがある。この場合、所望のシール性を確保できないおそれがある。収納ケースにグロメットの位置決め用の段差を設けることも考えられるが、グロメットが当該段差に乗り上げて斜めに組み付けられた場合、所望のシール性を確保できないおそれがある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、収納ケースのケーブル貫通部において所望のシール性を容易に確保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。

上記の目的を達成するため、本発明は、電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層された発電セルと、前記発電セルが複数積層されたセル積層体を収納する収納ケースとを備え、前記収納ケース内で前記セル積層体に接続されたケーブルが前記収納ケースに設けられた開口部を貫通して前記収納ケースの外部に導出されている燃料電池スタックであって、前記ケーブルは、前記開口部を覆って設けられたグロメットを貫通し、前記グロメットは、前記収納ケースに装着された位置決め部材により前記開口部に対して位置決めされていることを特徴とする。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記位置決め部材は、前記開口部に装着されていることが好ましい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記開口部は、非円形形状に形成され、前記位置決め部材は、前記開口部の形状に沿って延在するとともに前記開口部に挿入された挿入部を有することが好ましい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記位置決め部材は、前記開口部を形成する内周縁部に係合する係合部と、前記係合部よりも内方で前記グロメットを保持する保持部とを有することが好ましい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記グロメットは、前記収納ケース側に向かって突出するとともにグロメットの外周に沿って周回するシール突起を有し、前記係合部及び前記シール突起は、前記収納ケースの同じ側の面に当接し、前記係合部は、前記シール突起よりも内方で前記内周縁部に係合することが好ましい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記グロメットには、前記位置決め部材側に向かって突出する嵌合凸部が設けられ、前記位置決め部材には、前記グロメット側に向かって開口するとともに前記嵌合凸部が嵌合する嵌合凹部が設けられることが好ましい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記嵌合凸部に、前記ケーブルが挿通されていることが好ましい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記位置決め部材は、前記グロメットとは反対側から前記開口部に装着されていることが好ましい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記グロメットの外周部を押圧するブラケットが前記収納ケースに固定されていることが好ましい。

本発明の燃料電池スタックによれば、グロメットは、収納ケースに装着された位置決め部材により収納ケースに対して位置決めされている。このため、位置決め部材によって位置決めされたグロメットは、開口部に対する位置ずれが大幅に抑制されるため、収納ケースに対する擦れが防止されるとともに、開口部への落ち込みが防止される（収納ケースに段差が設けられる場合には、当該段差への乗り上げも防止される）。これにより、所望のシール性を容易に確保することができる。また、組付けの際、開口部に対するグロメットの位置決めが容易であるため、組付け時間の短縮化も期待できる。

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視図である。 上記燃料電池スタックの概略図である。 フラットケーブルのシール構造の斜視図である。 上記シール構造の断面図である。 上記シール構造を構成するグロメットの斜視図である。 図６Ａは、上記シール構造を構成するシールプレートの上面側からの斜視図であり、図６Ｂは、シールプレートの下面側からの斜視図である。

以下、本発明に係る燃料電池スタックについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１に示す本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車に搭載される。燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２（単位燃料電池）が積層されてなるセル積層体１３と、セル積層体１３を収納する収納ケース１４とを備える。図１では、複数の発電セル１２が電極面を立位姿勢にして水平方向（矢印Ｂ方向）に積層されている。なお、複数の発電セル１２は、重力方向（矢印Ｃ方向）に積層されてもよい。

図２に示すように、発電セル１２は、電解質膜・電極構造体１６と、電解質膜・電極構造体１６を挟持する第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０とを備える。第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。

第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第１セパレータ１８及び第２セパレータ２０は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

電解質膜・電極構造体１６は、例えば、炭化水素系又は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２２と、固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード電極２４及びカソード電極２６とを備える。

詳細は図示しないが、アノード電極２４及びカソード電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子をガス拡散層の表面に一様に塗布して形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、例えば、固体高分子電解質膜２２の両面に形成されている。

セル積層体１３には、酸化剤ガス（例えば、酸素含有ガス）を供給するための図示しない酸化剤ガス供給連通孔と、酸化剤ガスを排出するための図示しない酸化剤ガス排出連通孔とが設けられている。複数の発電セル１２において、酸化剤ガス供給連通孔及び酸化剤ガス排出連通孔は、積層方向である矢印Ｂ方向に互いに連通している。

また、セル積層体１３には、燃料ガス（例えば、水素含有ガス）を供給するための図示しない燃料ガス供給連通孔と、燃料ガスを排出するための図示しない燃料ガス排出連通孔とが設けられている。複数の発電セル１２において、燃料ガス供給連通孔及び燃料ガス排出連通孔は、積層方向である矢印Ｂ方向に互いに連通している。

さらに、セル積層体１３には、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３２ａと、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂとが設けられている（図１参照）。複数の発電セル１２において、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び冷却媒体排出連通孔３２ｂは、積層方向である矢印Ｂ方向に互いに連通している。

図２において、第１セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１６に向かう面１８ａには、例えば、矢印Ａ方向に延在する燃料ガス流路２８が形成される。燃料ガス流路２８は、上述した燃料ガス供給連通孔と燃料ガス排出連通孔とに連通する。

一方、第２セパレータ２０の電解質膜・電極構造体１６に向かう面２０ａには、例えば、矢印Ａ方向に延在する酸化剤ガス流路３０が設けられる。酸化剤ガス流路３０は、上述した酸化剤ガス供給連通孔と酸化剤ガス排出連通孔とに連通する。

互いに隣接する発電セル１２における一方の第１セパレータ１８の面１８ｂと他方の第２セパレータ２０の面２０ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び冷却媒体排出連通孔３２ｂ（図１参照）に連通する冷却媒体流路３４が形成される。冷却媒体流路３４は、燃料ガス流路２８の裏面形状と酸化剤ガス流路３０の裏面形状とが重なり合って形成される。

本実施形態では、２枚のセパレータで１枚のＭＥＡ１６を挟持するセルを積層するとともに、各セル間に冷却媒体を流通させる各セル冷却構造が採用されている。なお、複数のセル毎に冷却媒体を流通させる、所謂、間引き冷却構造が採用されてもよい。その際、セルは、３枚以上のセパレータと２枚以上のＭＥＡを備えている。

発電セル１２の積層方向一端には、第１ターミナルプレート３６ａ、第１絶縁プレート３８ａ及び第１エンドプレート４０ａが、外方に向かって、順次、配設される。発電セル１２の積層方向他端には、第２ターミナルプレート３６ｂ、第２絶縁プレート３８ｂ及び第２エンドプレート４０ｂが、外方に向かって、順次、配設される。

図示していないが、第１エンドプレート４０ａには、上述した酸化剤ガス供給連通孔に連通する酸化剤ガス供給マニホールド部材、上述した酸化剤ガス排出連通孔に連通する酸化剤ガス排出マニホールド部材、上述した燃料ガス供給連通孔に連通する燃料ガス供給マニホールド部材及び上述した燃料ガス排出連通孔に連通する燃料ガス排出マニホールド部材が取り付けられている。

図１に示すように、第２エンドプレート４０ｂには、一対の冷却媒体供給連通孔３２ａに連通する冷却媒体供給マニホールド部材４２ａと、一対の冷却媒体排出連通孔３２ｂに連通する冷却媒体排出マニホールド部材４２ｂとが取り付けられている。

収納ケース１４は、車幅方向（矢印Ｂ方向）両端の２辺（面）が第１エンドプレート４０ａ及び第２エンドプレート４０ｂにより構成される。収納ケース１４の車長方向（矢印Ａ方向）両端の２辺（面）は、横長プレート形状の前方サイドパネル４４ａ及び後方サイドパネル４４ｂにより構成される。収納ケース１４の車高方向（矢印Ｃ方向）両端の２辺（面）は、上方サイドパネル４６ａ及び下方サイドパネル４６ｂにより構成される。上方サイドパネル４６ａ及び下方サイドパネル４６ｂは、横長プレート形状を有する。

前方サイドパネル４４ａ及び後方サイドパネル４４ｂが、ネジ４８により第１エンドプレート４０ａ及び第２エンドプレート４０ｂに気密及び液密に固定されるとともに、上方サイドパネル４６ａ及び下方サイドパネル４６ｂが、ネジ４８により第１エンドプレート４０ａ、第２エンドプレート４０ｂ、前方サイドパネル４４ａ及び後方サイドパネル４４ｂに気密及び液密に固定されている。これにより、第１エンドプレート４０ａ、第２エンドプレート４０ｂ、前方サイドパネル４４ａ、後方サイドパネル４４ｂ、上方サイドパネル４６ａ及び下方サイドパネル４６ｂが一体化した収納ケース１４が組み立てられている。

上記のように構成される収納ケース１４は、水素等の反応ガスが収納ケース１４から外部に漏れ出ないようにするためのガス隔離構造（ガスバリア）として機能する。

図２に示すように、各発電セル１２には、セル電圧検知用端子５０が設けられている。セル電圧検知用端子５０は、上述した第１セパレータ１８（又は第２セパレータ２０）の下辺から下方に突出して設けられている。セル電圧検知用端子５０は、上述した第１セパレータ１８（又は第２セパレータ２０）のどの位置に設けられてもよい。なお、３枚のセパレータを有する間引き冷却構造が採用される場合には、セル電圧検知用端子５０は、例えば、中間のセパレータに設けられる。

各セル電圧検知用端子５０には、コネクタ５２を介してフラットケーブル５４（フラットハーネス）が接続されている。なお、セル電圧検知用端子５０とフラットケーブル５４を電気的に接続すればよく、特に構造は限定されない。本実施形態に係る燃料電池スタック１０では、複数のフラットケーブル５４が設けられている。コネクタ５２は、収納ケース１４の内面（具体的には、下方サイドパネル４６ｂの内面）に固定されている。フラットケーブル５４は、並列に配置された複数の導線を一体で有するとともに、厚さ方向の両側の面が略フラットな形状を有する帯状ケーブルである。

複数のフラットケーブル５４は、収納ケース１４の内部で、厚み方向に互いに積層されている。図２及び図３に示すように、複数のフラットケーブル５４は、収納ケース１４（具体的には、下方サイドパネル４６ｂ）に設けられた開口部１４ａを介して、収納ケース１４の外部に導出されている。開口部１４ａは、非円形形状に形成されている。図３において、開口部１４ａは、角部が丸い略長方形状に形成されている。なお、開口部１４ａは、他の非円形形状（例えば、楕円状等）に形成されてもよい。複数のフラットケーブル５４は、収納ケース１４の外部で、図示しないセル電圧検出装置に接続されている。セル電圧検出装置は、例えば、収納ケース１４の外面４６ｂ１に固定されている。セル電圧検出装置は、発電時の発電セル１２毎のセル電圧（起電力）を個別に検出する。

図３及び図４に示すように、収納ケース１４（下方サイドパネル４６ｂ）の開口部１４ａには、ポッティング部６２によって複数のフラットケーブル５４の外周部を密封するシール構造５６が設けられている。図４に示すように、シール構造５６は、開口部１４ａを覆うグロメット５８と、開口部１４ａに配置されたシールプレート６０（位置決め部材）と、シールプレート６０に配置されたポッティング部６２とを有する。

グロメット５８は、下方サイドパネル４６ｂの外面４６ｂ１側（下面側）に、開口部１４ａを覆うように配置されている。グロメット５８は、シール部（第２シール突起８４）において下方サイドパネル４６ｂに気密及び液密に密着している。下方サイドパネル４６ｂの外面４６ｂ１には、開口部１４ａを囲んで、内面４６ｂ２側に向かって凹むグロメット配置用凹部１４ｂが段差１４ｃを介して設けられている。グロメット配置用凹部１４ｂにはグロメット５８が配置されている。グロメット５８には、該グロメット５８の厚み方向に貫通するスリット６４が複数設けられている。

図５に示すように、複数のスリット６４は、グロメット５８の厚み方向と直交する方向に互いに間隔を置いて設けられている。グロメット５８は、厚み方向と直交する一方向に長尺な形状を有しており、複数のスリット６４は、グロメット５８の長尺方向に沿って互いに平行に延在している。

スリット６４の貫通方向一端部（開口部１４ａ側の端部）には、幅狭部６８が設けられている。幅狭部６８により、スリット６４における他の部分よりも狭い狭窄部が形成されている。図４において、幅狭部６８は、フラットケーブル５４の両面に接触している。

図４及び図５に示すように、グロメット５８は、開口部１４ａ側（シールプレート６０側）に向かって突出する嵌合凸部７４と、嵌合凸部７４の外側に設けられ嵌合凸部７４の周囲を周回するフランジ部７６と、嵌合凸部７４とフランジ部７６との間を構成する中間部７８とを有する。嵌合凸部７４に、上述した複数のスリット６４が形成されている。

図５に示すように、嵌合凸部７４は、グロメット５８の長尺方向に沿って延在するとともに、嵌合凸部７４の外周面（側周面）には、外方に突出する第１シール突起８０が設けられている。第１シール突起８０は、嵌合凸部７４の外周面の全周に亘って延在（周回）するとともに、嵌合凸部７４の突出方向（スリット６４の貫通方向）に互いに間隔を置いて複数列（図示例では２列）設けられている。なお、第１シール突起８０は、１列のみ設けられてもよく、あるいは３列以上設けられてもよい。複数列の第１シール突起８０は、列毎に高さ（嵌合凸部７４の外周面からの突出高さ）が異なっていてもよい。

図４に示すように、中間部７８は、嵌合凸部７４の開口部１４ａと反対側の端部から外方に広がるとともに、開口部１４ａ側に向かって屈曲している。このため、嵌合凸部７４と中間部７８との間には、嵌合凸部７４の周囲を一周囲む溝部８２が形成されている。

フランジ部７６は、中間部７８の外周縁から外方に延出している。フランジ部７６の、収納ケース１４（下方サイドパネル４６ｂ）に対向する面７６ａには、収納ケース１４の外面（下方サイドパネル４６ｂの外面４６ｂ１）に向かって突出する第２シール突起８４が設けられている。第２シール突起８４は、フランジ部７６の全周に亘って延在（周回）するとともに、面７６ａに沿う方向に互いに間隔を置いて複数列（図示例では２列）設けられている。なお、第２シール突起８４は、１列のみ設けられてもよく、あるいは３列以上設けられてもよい。

第２シール突起８４は、収納ケース１４の外面（外面４６ｂ１）と全周に亘って接触（密着）している。これにより、フランジ部７６と収納ケース１４の外面４６ｂ１との間には、気密及び液密のシール部が形成されている。

グロメット５８の構成材料としては、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有する素材が挙げられる。

図４に示すように、グロメット５８は、ブラケット８６により収納ケース１４（下方サイドパネル４６ｂ）に固定されている。ブラケット８６は、厚さ方向に貫通する孔部８６ａを有する板状部材であり、図示しない固定部品（ネジ等）により収納ケース１４に強固に固定されている。ブラケット８６は、グロメット５８よりも硬質の材料（例えば、硬質樹脂、金属等）により構成されている。

孔部８６ａにグロメット５８の一部（上述した嵌合凸部７４及び中間部７８）が挿入されており、孔部８６ａに挿入されたグロメット５８の当該一部は、ブラケット８６の孔部８６ａから突出している。ブラケット８６は、グロメット５８のフランジ部７６に当接するとともに、当該フランジ部７６を収納ケース１４の外面４６ｂ１に向けて押圧している。

シールプレート６０は、開口部１４ａとの関係で適正位置にグロメット５８が配置されるようにグロメット５８を収納ケース１４に位置決めする。シールプレート６０は、開口部１４ａに装着されている。図４、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、シールプレート６０は、筒状周壁部８８と、筒状周壁部８８から外方に突出した外周プレート９０と、筒状周壁部８８と間隔を置いて対向するように外周プレート９０から突出した係合壁部９２とを有する。シールプレート６０は、上述したグロメット５８と同様に、一方向に長尺な形状を有する。筒状周壁部８８は、シールプレート６０の長尺方向に沿って長尺である。

図４に示すように、複数のフラットケーブル５４は、筒状周壁部８８の内側に挿通されて、収納ケース１４の外部に導出されている。

筒状周壁部８８の一端側（収納ケース１４の内部側）には、ポッティング部６２が収納（充填）された収納凹部８８ａが設けられている。収納凹部８８ａは、一端側がテーパ形状となっている。筒状周壁部８８の他端側（収納ケース１４の外部側）には、グロメット５８側に向かって開口するとともに嵌合凸部７４が嵌合した嵌合凹部８８ｂが設けられている。従って、筒状周壁部８８は、後述する爪部９２ａよりも内方でグロメット５８を保持する保持部を構成する。筒状周壁部８８は、後述する挿入部９１よりもグロメット５８側に突出している。

収納凹部８８ａと嵌合凹部８８ｂは筒状周壁部８８内で繋がっており、シールプレート６０の厚み方向に貫通する貫通孔を構成している。筒状周壁部８８の内面には、内方に突出した突出壁部８８ｃが設けられている。突出壁部８８ｃは、収納凹部８８ａと嵌合凹部８８ｂとの境界壁を構成している。

嵌合凹部８８ｂの内周部は、嵌合凸部７４の外周部（上述した第１シール突起８０）と全周に亘って接触（密着）している。これにより、嵌合凹部８８ｂの内周部と嵌合凸部７４の外周部との間には気密及び液密のシール部が形成されている。

外周プレート９０は、筒状周壁部８８の上記一端側から外方に突出している。外周プレート９０の外周縁部は、下方サイドパネル４６ｂの内面４６ｂ２（開口部１４ａを囲む部分の内面）に対向している。係合壁部９２は、内側（筒状周壁部８８側）に向かって弾性変形可能に構成されるとともに、開口部１４ａに挿入されている。シールプレート６０の外周に沿って、複数の係合壁部９２が設けられている。図６Ｂに示すように、複数の係合壁部９２は、シールプレート６０の長手方向に沿って互いに平行に延在する一対の係合壁部９２Ｌと、シールプレート６０の短手方向に沿って互いに平行に延在するとともに上記一対の係合壁部９２Ｌよりも短い一対の係合壁部９２Ｓとを有する。

シールプレート６０は、グロメット５８とは反対側（図４において、収納ケース１４の内側）から開口部１４ａに装着されている。シールプレート６０は、開口部１４ａの形状（非円形形状）に沿って延在するとともに開口部１４ａに挿入された挿入部９１を有する。係合壁部９２は、当該挿入部９１の少なくとも一部を構成している。挿入部９１の外面９１ａは、開口部１４ａを形成する内周面１４ａｓと接触し、又は図４のように当該内周面１４ａｓと僅かな隙間を介して対向する。

係合壁部９２には、下方サイドパネル４６ｂの外面（開口部１４ａを囲む内周縁部１４ｄの外面）に係合する爪部９２ａ（係合部）が設けられている。爪部９２ａは、第２シール突起８４よりも内方で内周縁部１４ｄに係合している。グロメット５８が開口部１４ａに装着される際、係合壁部９２が内側に弾性変形することで、爪部９２ａが開口部１４ａの内周面１４ａｓを乗り越えて、内周縁部１４ｄに係合する。

爪部９２ａ及び第２シール突起８４は、収納ケース１４（内周縁部１４ｄ）の同じ側の面に当接している。外周プレート９０と爪部９２ａとの間に、下方サイドパネル４６ｂ（開口部１４ａを囲む縁部）が保持されることにより、シールプレート６０が下方サイドパネル４６ｂ（開口部１４ａ）に固定されている。

シールプレート６０は、グロメット５８よりも硬質の材料により構成される。シールプレート６０は、例えば、硬質樹脂により構成される。シールプレート６０の構成材料としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）やＰＥＥＫ系（ポリエーテルエーテルケトン）等のエンプラあるいはスーパーエンプラ等が挙げられる。

図４に示すように、ポッティング部６２は、グロメット５８の嵌合凸部７４に隣接して収納凹部８８ａに収納（充填）されている。ポッティング部６２により、複数のフラットケーブル５４が密封されている。ポッティング部６２は、複数のフラットケーブル５４の各々の外周部に密着している。従って、ポッティング部６２は、隣接するフラットケーブル５４間にも充填されている。また、ポッティング部６２は、収納凹部８８ａの内周面１４ａｓに密着している。

ポッティング部６２は、グロメット５８に隣接する側の第１ポッティング層６２ａと、グロメット５８と反対側で第１ポッティング層６２ａに隣接する第２ポッティング層６２ｂとを有する。すなわち、ポッティング部６２は、開口部１４ａの貫通方向に積層した２層のポッティング層からなる。本実施形態において、第２ポッティング層６２ｂの厚みは、第１ポッティング層６２ａの厚みよりも大きい。

第１ポッティング層６２ａを構成する樹脂材料の粘度（第１ポッティング層６２ａを形成するために、収納凹部８８ａに流し込む液状（硬化前）の第１のポッティング材の粘度）は、第２ポッティング層６２ｂを構成する樹脂材料の粘度（第２ポッティング層６２ｂを形成するために、収納凹部８８ａに流し込む液状（硬化前）の第２のポッティング材の粘度）よりも高い。第１のポッティング材の硬化によって形成された第１ポッティング層６２ａの硬度は、第２のポッティング材の硬化によって形成された第２ポッティング層６２ｂの硬度よりも高い。

第１ポッティング層６２ａ及び第２ポッティング層６２ｂを構成する樹脂材料（ポッティング材）としては、例えば、シリコーン系ポッティング材、ウレタン系ポッティング材、エポキシ系ポッティング材等が挙げられる。ポッティング材は、本剤と硬化剤とを混合すると化学反応により硬化する２液式が用いられるとよい。

なお、ポッティング部６２の形成工程においては、シールプレート６０が開口部１４ａ（収納ケース１４）に固定され、シールプレート６０の嵌合凹部８８ｂにグロメット５８の嵌合凸部７４が嵌合され、さらに複数のスリット６４に複数のフラットケーブル５４が個別に挿通された状態で、収納凹部８８ａにポッティング材が流し込まれる。

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。

図２において、発電セル１２の酸化剤ガス流路３０には、図示しない酸化剤ガス供給連通孔を介して、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。発電セル１２の燃料ガス流路２８には、図示しない燃料ガス供給連通孔を介して、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、発電セル１２の冷却媒体供給連通孔３２ａ（図１参照）には、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路３０に沿って移動し、電解質膜・電極構造体１６のカソード電極２６に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス流路２８に沿って移動し、電解質膜・電極構造体１６のアノード電極２４に供給される。従って、電解質膜・電極構造体１６では、カソード電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２４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て発電が行われる。

次いで、電解質膜・電極構造体１６のカソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、図示しない酸化剤ガス排出連通孔を介して排出される。一方、電解質膜・電極構造体１６のアノード電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、図示しない燃料ガス排出連通孔を介して排出される。

また、冷却媒体流路３４に導入された冷却媒体は、冷却媒体流路３４を移動して電解質膜・電極構造体１６を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３２ｂ（図１参照）を介して排出される。

このような燃料電池スタック１０の運転時（発電時）において、各発電セル１２は、図２に示したように、セル電圧検知用端子５０に接続されたフラットケーブル５４を介して図示しないセル電圧検出装置に接続されている。このため、セル電圧検出装置により、各発電セル１２の電圧（起電力）が測定される。

この場合、本実施形態に係る燃料電池スタック１０では、グロメット５８は、収納ケース１４に装着されたシールプレート６０（位置決め部材）により開口部１４ａに対して位置決めされている。このため、シールプレート６０によって位置決めされたグロメット５８は、開口部１４ａに対する位置ずれが大幅に抑制されるため、収納ケース１４に対する擦れが防止されるとともに、開口部１４ａへの落ち込みが防止される（収納ケース１４に段差１４ｃが設けられる場合には、当該段差１４ｃへの乗り上げも防止される）。これにより、グロメット５８が傾いた状態で組み付けられることが防止されるため、所望のシール性を容易に確保することができる。また、組付けの際、開口部１４ａに対するグロメット５８の位置決めが容易であるため、組付け時間の短縮化も期待できる。

本実施形態では、シールプレート６０は、開口部１４ａに装着されている。これにより、シールプレート６０が開口部１４ａに位置決めされるため、グロメット５８の位置ずれを一層良好に抑制することができる。

本実施形態では、開口部１４ａは、非円形形状に形成され、シールプレート６０は、開口部１４ａの形状に沿って延在するとともに開口部１４ａに挿入された挿入部９１を有する。これにより、グロメット５８は、開口部１４ａに対する面方向の位置だけでなく、回転方向の位置も位置決めされる（開口部１４ａに対する回転が規制される）ため、グロメット５８の位置ずれを一層良好に抑制することができる。

本実施形態では、シールプレート６０は、開口部１４ａを形成する内周縁部１４ｄに係合する爪部９２ａ（係合部）と、爪部９２ａよりも内方でグロメット５８を保持する筒状周壁部８８（保持部）とを有する。これにより、シールプレート６０が開口部１４ａに保持されるとともにグロメット５８が筒状周壁部８８により保持されるため、グロメット５８の位置ずれを一層良好に抑制することができる。

本実施形態では、爪部９２ａ及び第２シール突起８４は、収納ケース１４の同じ側の面に当接し、爪部９２ａは、第２シール突起８４よりも内方で内周縁部１４ｄに係合する。このため、第２シール突起８４のシール性を阻害することなく、シールプレート６０を開口部１４ａに良好に固定することができる。

本実施形態では、グロメット５８には、シールプレート６０側に向かって突出する嵌合凸部７４が設けられる。そして、シールプレート６０には、グロメット５８側に向かって開口するとともに嵌合凸部７４が嵌合する嵌合凹部８８ｂが設けられる。これにより、嵌合凹部８８ｂと嵌合凸部７４との嵌合によりグロメット５８が精度良く保持されるため、グロメット５８の位置ずれを一層良好に抑制することができる。

本実施形態では、嵌合凸部７４に、フラットケーブル５４が挿通されている。このため、嵌合凸部７４は、シールプレート６０に保持される機能とフラットケーブル５４を挿通する機能とを併せ持つため、グロメット５８の構成を簡素化することができる。

本実施形態では、シールプレート６０は、グロメット５８とは反対側から開口部１４ａに装着されている。このため、シールプレート６０とグロメット５８を収納ケース１４の開口部１４ａに容易に組み付けることができる。

本実施形態では、グロメット５８の外周部を押圧するブラケット８６が収納ケース１４に固定されている、このため、収納ケース１４にグロメット５８を良好に固定することができるとともに、収納ケース１４とグロメット５８との間のシール性を向上させることができる。

図４において破線矢印で示すように、水素ガス等の反応ガスが、収納ケース１４内から、収納ケース１４（下方サイドパネル４６ｂ）とシールプレート６０との間を介してグロメット５８側に進入する可能性がある。

そこで、本実施形態では、図４に示したように、グロメット５８の嵌合凸部７４の外周部に第１シール突起８０が設けられ、第１シール突起８０がシールプレート６０の嵌合凹部８８ｂの内周部に密着している。このため、水素ガス等の反応ガスが、収納ケース１４内から、嵌合凸部７４と嵌合凹部８８ｂの間及びスリット６４を通って外部へ漏れ出ることを防止することができる。

また、本実施形態では、グロメット５８のフランジ部７６に第２シール突起８４が設けられ、第２シール突起８４が収納ケース１４の外面に密着している。このため、水素ガス等の反応ガスが、収納ケース１４内から、グロメット５８のフランジ部７６と収納ケース１４の外面との間を通って外部へ漏れ出ることを防止することができる。

図４に示したように、収納ケース１４の開口部１４ａを貫通するフラットケーブル５４の外周部がポッティング部６２により密封されている。このため、フラットケーブル５４の採用によるグロメット５８の小型化が可能であるとともに、収納ケース１４からのガス漏れ（水素ガス等の反応ガスの漏れ）のないシール構造５６を実現することが可能となる。

上述した実施形態では、ポッティング部６２は、互いに異なる物性（硬度）をもつ第１ポッティング層６２ａと第２ポッティング層６２ｂとを有する２層構造からなるが、単層構造によって構成されてもよい。すなわち、互いに異なる硬度をもつ複数のポッティング層を有しない単層構造からなるポッティング部が設けられてもよい。

上述した実施形態では、セル電圧検知用端子５０に接続されたケーブルとして、フラットケーブル５４が用いられているが、フラットケーブル５４以外の形態のケーブルが用いられてもよい。収納ケース１４の開口部１４ａから外部に導出されるケーブルは、セル電圧検知用以外のケーブルであってもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

１０…燃料電池スタック １２…発電セル
１３…セル積層体 １４…収納ケース
１４ａ…開口部 １６…電解質膜・電極構造体
１８…第１セパレータ ２０…第２セパレータ
５０…セル電圧検知用端子 ５４…フラットケーブル
５８…グロメット ７４…嵌合凸部
８４…第２シール突起 ８６…ブラケット
８８…筒状周壁部 ８８ｂ…嵌合凹部
９１…挿入部 ９２ａ…爪部

Claims (5)

1. 電解質膜の両側に電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層された発電セルと、前記発電セルが複数積層されたセル積層体を収納する収納ケースとを備え、前記収納ケース内で前記セル積層体に接続された複数のフラットケーブルが前記収納ケースに設けられた開口部を貫通して前記収納ケースの外部に導出されている燃料電池スタックであって、
   前記複数のフラットケーブルは、前記開口部を覆って設けられたグロメットを貫通し、
   前記グロメットは、前記収納ケースの前記開口部に装着された位置決め部材により前記開口部に対して位置決めされており、
   前記開口部及び前記グロメットは、一方向に長尺な非円形形状に形成されており、
   前記位置決め部材は、前記開口部の形状に沿って延在するとともに前記開口部に挿入された挿入部を有し、
   前記グロメットには、前記位置決め部材側に向かって突出する嵌合凸部が設けられ、
   前記位置決め部材には、前記グロメット側に向かって開口するとともに前記嵌合凸部が嵌合する嵌合凹部が設けられ、
   前記嵌合凸部には、前記グロメットの厚み方向に貫通する複数のスリットが設けられ、
   前記複数のスリットは、前記グロメットの長尺方向に沿って互いに平行に延在し且つ前記グロメットの短尺方向に互いに間隔を置いて形成されており、
   前記複数のスリットに、前記複数のフラットケーブルが個別に挿通されており、
   前記複数のスリットは、前記嵌合凹部の内側で前記複数のフラットケーブルの両面に接触する幅狭部を有する、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記位置決め部材は、前記開口部を形成する内周縁部に係合する係合部と、前記係合部よりも内方で前記グロメットを保持する保持部とを有する、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記グロメットは、前記収納ケース側に向かって突出するとともにグロメットの外周に沿って周回するシール突起を有し、
   前記係合部及び前記シール突起は、前記収納ケースの同じ側の面に当接し、
   前記係合部は、前記シール突起よりも内方で前記内周縁部に係合する、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記位置決め部材は、前記グロメットとは反対側から前記開口部に装着されている、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記グロメットの外周部を押圧するブラケットが前記収納ケースに固定されている、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。

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