JP6717182B2 - Fuel cell stack inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池スタックの検査装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell stack inspection device.
燃料電池スタックは、発電単位となる燃料電池セルを複数積層して備える。燃料電池セルは、燃料電池スタックにおいて必ず積層されることから、積層形態を採って燃料電池セルの検査を行う検査手法が提案されている(例えば特許文献1)。 The fuel cell stack includes a plurality of fuel cell units, which are power generation units, stacked on each other. Since the fuel cells are always laminated in the fuel cell stack, an inspection method for inspecting the fuel cells by adopting a laminated form has been proposed (for example, Patent Document 1).
上記の特許文献は、ガス・冷媒供給が可能な中間プレートを燃料電池セルの間に組み込んだ形態での検査手法と、燃料電池セル同士を積層したスタック形態での検査手法を提案している。ところが、いずれの検査手法にあっても、検査後に全ての燃料電池セルの締結解除とセル取り出しを前提としているので、検査後に、全ての燃料電池セルを改めてスタック状とする必要があり、改善の余地がある。こうしたことから、燃料電池スタックの検査後に全ての燃料電池セルの締結解除を要しないスタック形態のままの検査手法が要請されるに到った。 The above-mentioned patent documents propose an inspection method in a form in which an intermediate plate capable of supplying gas/refrigerant is incorporated between fuel cells, and an inspection method in a stack form in which fuel cells are stacked. However, whichever inspection method is used, it is premised that all the fuel cells are unfastened and the cells are taken out after the inspection.Therefore, it is necessary to make all the fuel cells into a stack again after the inspection. There is room. For these reasons, there has been a demand for an inspection method in which the fuel cell stack is in the form of a stack that does not require unfastening of all the fuel cells after the inspection of the fuel cell stack.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。例えば、本開示の一態様として、燃料電池スタックの検査装置が提供される。この検査装置は、燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックについて、少なくとも発電性能の検査を行なう。この検査装置は、前記燃料電池スタックの少なくとも積層方向の長さだけ離間して対向する第1プレートと第2プレートであって、前記燃料電池スタックがスタック一端側に有するマニホールドプレートの側に位置する前記第1プレートと、前記燃料電池スタックがスタック他端側に有するエンドプレートの側に位置する前記第2プレートと、前記第1プレートを突き抜けて前記マニホールドプレートに接触する複数の第1シャフトと前記第2プレートを突き抜けて前記エンドプレートに接触する複数の第2シャフトとを用いて、前記燃料電池スタックを前記燃料電池セルのセル積層方向に沿って押圧すると共に、前記燃料電池スタックを押圧したまま、前記セル積層方向と直交する直交方向に、前記第1プレートと前記第2プレートとに対して相対的に移動する押圧機構とを備える。ここで、前記第1プレートは、プレート端部から前記直交方向に沿って切り欠いた複数の切欠を、前記複数の第1シャフトが突き抜ける第1シャフト切欠として備え、前記第2プレートは、プレート端部から前記第1シャフト切欠と同じ方向に沿って切り欠いた複数の切欠を、前記複数の第2シャフトが突き抜ける第2シャフト切欠として備える。更に、前記第1シャフト切欠および前記第2シャフト切欠は、それぞれ前記第1シャフトおよび前記第2シャフトがすり抜けるように一方向に揃えて設けられており、前記第1シャフト切欠は、前記マニホールドプレートが有するガスと冷却冷媒とのマニホールド孔と、前記セル積層方向から見て重ならない位置に設けられており、前記第1プレートは、前記マニホールドプレートに設けられたガスと冷却冷媒と前記マニホールド孔に対向する位置に、ガスと冷却冷媒が流通する開口部を備え、前記検査の実施時には、前記第1プレートを前記燃料電池スタックの前記マニホールドプレートに、前記第2プレートを前記燃料電池スタックの前記エンドプレートに、それぞれ密着される。 The present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following modes. For example, as one aspect of the present disclosure, a fuel cell stack inspection device is provided. The inspection device at least inspects the power generation performance of a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked. This inspection device is a first plate and a second plate that are opposed to each other with a distance of at least the stacking direction length of the fuel cell stack, and are located on the side of a manifold plate that the fuel cell stack has at one end side of the stack. The first plate, the second plate located on the end plate side of the other end of the fuel cell stack, the plurality of first shafts penetrating the first plate and contacting the manifold plate; A plurality of second shafts that penetrate the second plate and come into contact with the end plates are used to press the fuel cell stack along the cell stacking direction of the fuel battery cells, and to keep the fuel cell stack pressed. And a pressing mechanism that moves relative to the first plate and the second plate in a direction orthogonal to the cell stacking direction. Here, the first plate includes a plurality of notches cut out from a plate end portion along the orthogonal direction as first shaft notches through which the plurality of first shafts penetrate, and the second plate is a plate end. A plurality of notches cut out along the same direction as the first shaft notches from the portion are provided as second shaft notches through which the plurality of second shafts penetrate. Further, the first shaft notch and the second shaft notch are provided in one direction so that the first shaft and the second shaft pass through, respectively, and the first shaft notch is provided in the manifold plate. The manifold holes for the gas and the cooling refrigerant are provided at positions that do not overlap with each other when viewed from the cell stacking direction, and the first plate faces the gas, cooling refrigerant, and the manifold holes provided on the manifold plate. At the position where the gas and the cooling refrigerant flow, when the inspection is performed, the first plate is the manifold plate of the fuel cell stack, and the second plate is the end plate of the fuel cell stack. Are closely attached to each other.
(1)本発明の一形態によれば、燃料電池スタックの検査装置が提供される。この燃料電池スタックの検査装置は、燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックの検査装置であって、前記燃料電池スタックを収容するスタック収容域を挟んで対向する第1プレートと第2プレートであって、前記燃料電池スタックがスタック一端側に有するマニホールドプレートの側に位置する前記第1プレートと、前記燃料電池スタックがスタック他端側に有するエンドプレートの側に位置する前記第2プレートと、前記第1プレートを突き抜けて前記マニホールドプレートに接触する複数の第1シャフトと前記第2プレートを突き抜けて前記エンドプレートに接触する複数の第2シャフトとを用いて、前記燃料電池スタックを前記燃料電池セルのセル積層方向に沿って押圧すると共に、前記燃料電池スタックを押圧したまま、前記セル積層方向と直交する直交方向に、前記第1プレートと前記第2プレートとに対して相対的に移動する押圧機構とを備える。そして、前記第1プレートは、プレート端部から前記セル積層方向と直交する直交方向に沿って切り欠いた複数の切欠を、前記複数の第1シャフトが突き抜ける第1シャフト切欠として備え、前記第2プレートは、プレート端部から前記第1シャフト切欠と同じ方向に沿って切り欠いた複数の切欠を、前記複数の第2シャフトが突き抜ける第2シャフト切欠として備え、前記第1シャフト切欠は、前記マニホールドプレートが有するガスと冷却冷媒とのマニホールド孔と、前記セル積層方向から見て重ならない位置に設けられている。 (1) According to one aspect of the invention, there is provided an inspection device for a fuel cell stack. This fuel cell stack inspection device is a fuel cell stack inspection device in which a plurality of fuel battery cells are stacked, and is a first plate and a second plate that face each other across a stack housing area that houses the fuel cell stack. A first plate located on the side of a manifold plate that the fuel cell stack has on one end side of the stack; and a second plate located on the side of an end plate that the fuel cell stack has on the other end side of the stack; The fuel cell stack is constructed by using a plurality of first shafts that penetrate the first plate and contact the manifold plate and a plurality of second shafts that penetrate the second plate and contact the end plate. Pressing along the cell stacking direction and moving relative to the first plate and the second plate in the orthogonal direction orthogonal to the cell stacking direction while pressing the fuel cell stack. And a mechanism. The first plate is provided with a plurality of notches cut out along the orthogonal direction orthogonal to the cell stacking direction from the plate end portion as the first shaft notches through which the plurality of first shafts penetrate. The plate includes a plurality of notches cut out along the same direction as the first shaft notches from a plate end portion as second shaft notches through which the plurality of second shafts penetrate, and the first shaft notches include the manifold. It is provided at a position where the manifold holes for the gas and the cooling refrigerant included in the plate do not overlap with each other when viewed in the cell stacking direction.
この形態の燃料電池スタックの検査装置は、スタック収容域に収容した燃料電池スタックを、第1プレートを突き抜けた複数の第1シャフトと第2プレートを突き抜けた複数の第2シャフトでセル積層方向に沿って押圧し、スタック収容域の燃料電池セルを締結してスタック形態とする。よって、この形態の燃料電池スタックの検査装置は、スタック形態での燃料電池スタックのガスリークや発電性能の検査を可能とする。複数の第1シャフトが突き抜ける第1シャフト切欠は、燃料電池スタックが有するマニホールドプレートのマニホールド孔とセル積層方向から見て重ならないので、検査において必要なガスや冷却媒体を、燃料電池スタックにおけるマニホールドプレートのマニホールド孔に供給でき、燃料電池スタックの検査に支障を来さない。 In the fuel cell stack inspection device of this aspect, the fuel cell stack accommodated in the stack accommodating region is arranged in the cell stacking direction by the plurality of first shafts penetrating the first plate and the plurality of second shafts penetrating the second plate. By pressing along, the fuel cells in the stack accommodation area are fastened to form a stack. Therefore, the inspection device for a fuel cell stack in this form enables inspection of gas leak and power generation performance of the fuel cell stack in the stack form. The first shaft cutouts through which the plurality of first shafts penetrate do not overlap with the manifold holes of the manifold plate of the fuel cell stack when viewed in the cell stacking direction. It can be supplied to the manifold hole of, and does not interfere with the inspection of the fuel cell stack.
また、この形態の燃料電池スタックの検査装置は、検査終了後も複数の第1シャフトと第2シャフトで燃料電池スタックを用いて押圧機構により押圧しておくことで、燃料電池スタックをセル積層方向に締結したスタック形態のままとできる。スタック形態をもたらしている複数の第1シャフトと第2シャフトは、プレート端部からセル積層方向と直交する直交方向に沿って切り欠かれた第1シャフト切欠と第2シャフト切欠にそれぞれ位置する。よって、スタック収容域の燃料電池スタックを押圧している押圧機構を第1プレートと第2プレートとに対して相対的に切欠に沿って移動することで、複数の第1シャフトと第2シャフトを、これらシャフトにより燃料電池スタックがスタック形態とされたまま、それぞれプレート端部の側から離れるようにできる。この結果、この形態の燃料電池スタックの検査装置によれば、燃料電池スタックの検査後に全ての燃料電池セルの締結解除を要しない。 In addition, in the fuel cell stack inspection device of this aspect, the fuel cell stack is pressed by the pressing mechanism using the fuel cell stack with the plurality of first shafts and second shafts even after the inspection is completed, so that the fuel cell stack is stacked in the cell stacking direction. It is possible to remain in the form of the stack fastened to. The plurality of first shafts and the second shafts having the stack shape are respectively located in the first shaft notch and the second shaft notch cut out from the plate end portion in a direction orthogonal to the cell stacking direction. Therefore, by moving the pressing mechanism pressing the fuel cell stack in the stack accommodating area along the notch relative to the first plate and the second plate, the plurality of first shafts and the second shafts are moved. The shafts allow the fuel cell stacks to be separated from the plate end side while keeping the stack form. As a result, according to the fuel cell stack inspection device of this aspect, it is not necessary to release the fastening of all the fuel battery cells after the inspection of the fuel cell stack.
また、この形態の燃料電池スタックの検査装置は、以下の効果も奏する。スタック形態での燃料電池スタックの検査において、検査不良があると、その検査不良の燃料電池セルの交換が必要となる。この形態の燃料電池スタックの検査装置では、検査不良があった場合には、第1シャフトと第2シャフトによる押圧を解除することで、燃料電池スタックにおける燃料電池セルの締結が解かれる。そして、検査不良の燃料電池セルの交換の後に、再度、第1シャフトと第2シャフトによる押圧を行うことで、燃料電池スタックを締結してスタック状態とできる。この結果、この形態の燃料電池スタックの検査装置によれば、容易、且つ速やかに検査不良セルの交換が可能であると共に、この際に検査不良でない燃料電池セルの取り外しも要しない。 Further, the inspection device for a fuel cell stack of this aspect also has the following effects. In the inspection of the fuel cell stack in the stack form, if there is a defective inspection, it is necessary to replace the defective fuel cell unit. In the fuel cell stack inspection apparatus of this aspect, when there is an inspection failure, the fastening of the fuel cell in the fuel cell stack is released by releasing the pressing by the first shaft and the second shaft. Then, after the defective fuel cell unit is replaced, the fuel cell stack is fastened again by pressing with the first shaft and the second shaft so that the fuel cell stack can be put into a stack state. As a result, according to the fuel cell stack inspection apparatus of this embodiment, the defective cells can be easily and promptly replaced, and at this time, it is not necessary to remove the fuel cell cells that are not defective.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池スタックの製造装置や燃料電池スタックの検査方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various modes. For example, the present invention can be implemented in the form of a fuel cell stack manufacturing apparatus, a fuel cell stack inspection method, or the like.
図1は、本実施形態の燃料電池スタック検査装置100の概略構成を斜視にて示す説明図である。図2は、燃料電池スタック検査装置100の概略構成を側面視して示す説明図である。なお、これらの図と図3以降の各図においては、セル積層方向をX軸、セル幅方向をY軸、セル高さ方向をZ軸と表記し、燃料電池スタックFCSをXY平面においてX軸に沿って積層されたものとして示す。そして、構成部材の動きや配置を示す際には、必要に応じてXYZの軸表記を用いることとする。
FIG. 1 is an explanatory view showing a schematic configuration of a fuel cell
燃料電池スタック検査装置100は、燃料電池セルFCを複数積層した燃料電池スタックFCSの検査に用いる検査装置であり、装置ベース110と、第1プレート200と、第2プレート300と、第1プレート補助治具230と、第2プレート補助治具320とを備える。装置ベース110は、燃料電池スタックFCSを収容するスタック収容域130を、後述の第1プレート200および第2プレート300と共に形成するプレート体である。燃料電池スタックFCSは、スタック収容域130におけるセル積層を経て形成され、マニホールドプレートFCmとエンドプレートFCeとの間に、集電プレートFCtを介在させて複数の燃料電池セルFCを積層している。
The fuel cell
第1プレート200と第2プレート300は、スタック収容域130を挟んで対向するプレートであり、第1プレート200は、燃料電池セルFCがスタック一端側に有するマニホールドプレートFCmの側に位置する。第2プレート300は、燃料電池スタックFCSがスタック他端側に有するエンドプレートFCeの側に位置し、装置ベース110と固定されている。燃料電池スタック検査装置100は、第2プレート300の各コーナー部からプレート保持シャフト120を水平にX軸に沿って備える。第1プレート200は、このプレート保持シャフト120に沿って移動可能とされ、セル締結の際には、X軸に沿って移動する。第1プレート200のX軸に沿った移動については後述する。
The
第1プレート補助治具230は、複数のストッパシャフト210、詳しくは、後述するように5本のストッパシャフト210と、第1プレート押圧シャフト220とを備える。ストッパシャフト210は、第1プレート200を突き抜けて燃料電池スタックFCSに向けてX軸方向に延び、燃料電池スタックFCSの締結前にあっては、図2に示すように、マニホールドプレートFCmの手前に位置する。そして、燃料電池スタックFCSの締結時には、燃料電池スタックFCSのマニホールドプレートFCmに接触するまで、第1プレート補助治具230によりX軸に沿って迫り出され、燃料電池スタックFCSが燃料電池セルFCのセル積層方向に沿って押圧される際のストッパとして機能する。この第1プレート押圧シャフト220は、第1シャフトに相当する。
The first plate
第1プレート押圧シャフト220は、第1プレート200に向けてX軸方向に延び、燃料電池スタックFCSの締結前にあっては、図2に示すように、第1プレート200に接触して位置する。そして、燃料電池スタックFCSの締結時には、第1プレート押圧シャフト220は、第1プレート200が燃料電池スタックFCSのマニホールドプレートFCmに接触するまで、第1プレート補助治具230によりX軸に沿って迫り出される。つまり、第1プレート200は、マニホールドプレートFCmと第1プレート200との間の間隙を燃料電池セルFCの積層の際のいわゆる遊びとして確保して、第2プレート300と共にスタック収容域130を形成する。燃料電池スタック検査装置100は、このスタック収容域130において、装置ベース110にスタック保持座112を備える。燃料電池スタックFCSを構成するそれぞれの燃料電池セルFCとマニホールドプレートFCm、エンドプレートFCeおよび集電プレートFCtは、このスタック保持座112で水平に保持された状態で、X軸方向に沿って積層され、燃料電池スタックFCSを構成する。なお、第1プレート200は、スタック保持座112と干渉することなく、X軸方向に沿って移動可能である。
The first
第2プレート補助治具320は、複数の押圧シャフト310、詳しくは、後述するように3本の押圧シャフト310を備える。押圧シャフト310は、第2プレート300を突き抜けて燃料電池スタックFCSに向けてX軸方向に進退し、燃料電池スタックFCSの締結前にあっては、図2に示すように、第2プレート300の手前に位置する。そして、燃料電池スタックFCSの締結時には、押圧シャフト310は、燃料電池スタックFCSのエンドプレートFCeに接触するまで、第2プレート補助治具320によりX軸に沿って迫り出され、燃料電池スタックFCSをセル積層方向に沿って押圧する。押圧シャフト310の押圧による燃料電池スタックFCSの締結は、燃料電池車両に搭載される際の締結力が得られるようになされる。この押圧シャフト310は、第2シャフトに相当する。
The second plate
上記構成を備える第1プレート補助治具230と第2プレート補助治具320は、それぞれ既述したシャフトを備えたまま、図示しない保持治具で保持されている。この保持治具は、XYZ軸の3次元駆動機構を備え、上記の両補助治具を、保持状態のまま、装置ベース110に対して上下動させると共に、XY平面において水平搬送する。第1プレート補助治具230と第2プレート補助治具320は、上記の保持治具と共に押圧機構を構成する。
The first plate
次に、第1プレート200とマニホールドプレートFCmとの関係、および第2プレート300とエンドプレートFCeとの関係について説明する。図3は、図2における3−3線に沿ってX軸方向から燃料電池スタックFCSのマニホールドプレートFCmの概略を平面視して示す説明図である。図4は、図2における4−4線に沿ってX軸方向から第1プレート200を平面視して示す説明図である。図5は、図2における5−5線に沿って−X軸方向から燃料電池スタックFCSのエンドプレートFCeの概略を平面視して示す説明図である。図6は、図2における6−6線に沿って−X軸方向から第2プレート300を平面視して示す説明図である。
Next, the relationship between the
図3に示すように、マニホールドプレートFCmは、Y軸方向の右側プレート端に、燃料ガス・エアーおよび冷却水(冷却冷媒)の供給マニホールド孔M1を備え、Y軸方向の左側プレート端に、燃料ガス排出マニホールド孔M2と、エアー排出マニホールド孔M3とを備え、供給マニホールド孔M1の近傍に冷却水排出マニホールド孔M4を備える。そして、マニホールドプレートFCmは、各マニホールド孔をガスケットG1〜G4で取り囲み、シールする。よって、マニホールドプレートFCmに、上記した各マニホールド孔とYZ平面において同じ位置に燃料ガス・エアーおよび冷却水の給排開口を有する図示しないプレートが押し付けられれば、燃料電池スタックFCSには、燃料ガス・エアーおよび冷却水がプレートを介して給排可能となる。 As shown in FIG. 3, the manifold plate FCm is provided with a fuel gas/air and cooling water (cooling refrigerant) supply manifold hole M1 at the right side plate end in the Y-axis direction, and the fuel plate is provided at the left side plate end in the Y-axis direction. A gas discharge manifold hole M2 and an air discharge manifold hole M3 are provided, and a cooling water discharge manifold hole M4 is provided near the supply manifold hole M1. Then, the manifold plate FCm surrounds and seals each manifold hole with gaskets G1 to G4. Therefore, if a plate (not shown) having fuel gas air and cooling water supply/discharge openings is pressed against the manifold plate FCm at the same position as the above-mentioned manifold holes on the YZ plane, the fuel cell stack FCS will receive fuel gas. Air and cooling water can be supplied and discharged through the plate.
マニホールドプレートFCmの側に位置する第1プレート200は、図4に示すように、三筋の切欠202を備え、それぞれの切欠202は、Z軸方向のプレート端部からセル積層方向であるX軸と直交する直交方向、即ちZ軸に沿って切り切り欠かれている。図4に示すY軸方向両端の切欠202には、2本のストッパシャフト210が入り込み、中央の202には、1本のストッパシャフト210が入り込んでいる。よって、それぞれの切欠202は、複数のストッパシャフト210が第1プレート200を突き抜ける第1シャフト切欠となる。そして、それぞれの切欠202は、図4に示すように、マニホールドプレートFCmが有する図3の供給マニホールド孔M1や燃料ガス排出マニホールド孔M2、エアー排出マニホールド孔M3および冷却水排出マニホールド孔M4とセル積層方向(X軸方向)から見て重ならない位置に設けられている。
As shown in FIG. 4, the
また、第1プレート200は、燃料ガス・エアーおよび冷却水の供給配管が接続される供給ポート231と、燃料ガスの排出配管が接続されるガス排出ポート232と、エアーの排出配管が接続されるエアー排出ポート233と、冷却水の排出配管が接続される冷却水排出ポート234を備える。そして、供給ポート231は供給マニホールド孔M1に、ガス排出ポート232は燃料ガス排出マニホールド孔M2に、エアー排出ポート233はエアー排出マニホールド孔M3に、冷却水排出ポート234は冷却水排出マニホールド孔M4に、それぞれセル積層方向(X軸方向)から見て重なる位置に設けられている。
Further, the
図5に示すように、エンドプレートFCeは、締結ポイントTPを、図1に示す燃料電池スタックFCSが、図示しないケーシングに収納された状態で例えば燃料電池車両に搭載される際に押圧される押圧位置とする。このエンドプレートFCeの側に位置する第2プレート300は、図6に示すように、三筋の切欠302を備え、それぞれの切欠302は、Z軸方向のプレート端部から第1プレート200の切欠202と同じ方向、即ちZ軸に沿って切り切り欠かれている。図6に示すそれぞれの切欠302には、第2プレート補助治具320から延びた押圧シャフト310が入り込み、そのシャフト入り込み位置は、エンドプレートFCeの締結ポイントTPと重なるようにされている。よって、それぞれの切欠302は、複数の押圧シャフト310が第2プレート300を突き抜ける第2シャフト切欠となる。
As shown in FIG. 5, the end plate FCe is pressed by the fastening point TP when the fuel cell stack FCS shown in FIG. 1 is housed in a casing (not shown) and is mounted in, for example, a fuel cell vehicle. Position. As shown in FIG. 6, the
次に、上記した燃料電池スタック検査装置100を用いた燃料電池スタックFCSの検査について説明する。図7は、スタック収容域130で積層済みの燃料電池スタックFCSに対して行う検査前第1工程の様子を示す説明図である。図8は、スタック収容域130で積層済みの燃料電池スタックFCSに対して行う検査前第2工程の様子を示す説明図である。図9は、スタック収容域130で積層済みの燃料電池スタックFCSに対して行う検査工程の様子を示す説明図である。図10は、スタック収容域130から次工程への燃料電池スタックFCSの搬送の様子を示す説明図である。
Next, the inspection of the fuel cell stack FCS using the above fuel cell
燃料電池スタックFCSの検査に当たっては、まず、図2に示したようにスタック収容域130に遊びがある状態において、第2プレート300の側から、エンドプレートFCe、集電プレートFCt、積層枚数分の燃料電池セルFC、集電プレートFCtおよびマニホールドプレートFCmの順に積層する。こうしたセル積層に続く図7の検査前第1工程では、第1プレート200の切欠202を突き抜けたストッパシャフト210を、図中の矢印Aに示すように、第1プレート補助治具230によりX軸方向に沿って迫り出して、5本のストッパシャフト210のそれぞれを、燃料電池スタックFCSのマニホールドプレートFCmに接触させる。これにより、5本のストッパシャフト210は、燃料電池スタックFCSが燃料電池セルFCのセル積層方向に沿って押圧される際のストッパとしてそれぞれ機能する。つまり、燃料電池スタックFCSは、スタック収容域130に積層・収容された状態で、5数のストッパシャフト210でセル積層方向に支えられることになる。
In the inspection of the fuel cell stack FCS, first, in a state where there is play in the
図8の検査前第2工程では、図中の矢印Bに示すように、第1プレート補助治具230により第1プレート200を第1プレート押圧シャフト220でマニホールドプレートFCmに向けて押し付け、第1プレート200を、マニホールドプレートFCmに接触させる。マニホールドプレートFCmと第1プレート200との接触により、スタック収容域130では、遊びがない状態で燃料電池スタックFCSの燃料電池セルFC等が積層することになると共に、第1プレート200の図4の供給ポート231、ガス排出ポート232、エアー排出ポート233および冷却水排出ポート234は、それぞれマニホールドプレートFCmの供給マニホールド孔M1、燃料ガス排出マニホールド孔M2、エアー排出マニホールド孔M3および冷却水排出マニホールド孔M4にX軸方向において重なる。
In the second step before inspection in FIG. 8, as shown by the arrow B in the figure, the
マニホールドプレートFCmに対する第1プレート200の接触は、マニホールドプレートFCmの上記した各マニホールド孔をそれぞれ取り囲むガスケットG1〜G4が圧縮されてシール機能を発揮するようになされる。このため、図4に示す第1プレート200の供給マニホールド孔M1〜冷却水排出マニホールド孔M4の各マニホールド孔に燃料ガス・エアーおよび冷却水の給排管を接続すれば、燃料電池スタックFCSへの燃料ガス・エアーおよび冷却水の給排が可能となる。なお、第1プレート押圧シャフト220によるマニホールドプレートFCmと第1プレート200との接触は、マニホールドプレートFCmがそれぞれのマニホールド孔を取り囲むガスケットG1〜G4が圧縮されてシール機能を発揮するようになされるので、X軸方向に沿った燃料電池スタックFCSのストッパ機能は、依然として5本のストッパシャフト210でなされている。
The contact of the
図9の検査工程では、第2プレート300の切欠302を突き抜けた押圧シャフト310を、図中の矢印Cに示すように、第2プレート補助治具320によりX軸方向に沿って迫り出して、3本の押圧シャフト310のそれぞれで、燃料電池スタックFCSのエンドプレートFCeをX軸方向に沿って押圧する。この押圧により、燃料電池スタックFCSは、既述したように規定の締結力で締結される。これにより、燃料電池スタック検査装置100は、スタック収容域130に積層・収容済みの燃料電池スタックFCSを車両搭載時における所定の締結力で締結したスタック形態とし、このスタック形態での燃料電池スタックFCSのガスリークや発電性能の検査を可能とする。このように締結された後、図4に示す第1プレート200の供給マニホールド孔M1〜冷却水排出マニホールド孔M4の各マニホールド孔に燃料ガス・エアーおよび冷却水の給排管Pを接続して燃料電池スタックFCSへの燃料ガス・エアーおよび冷却水の給排を継続し、燃料電池スタックFCSを発電運転する。そして、この発電運転の間において、燃料電池セルFCの発電状況をセル検査装置CMで個々のセルについて発電検査すると共に、ガスや冷却水のリークを検査する。
In the inspection step of FIG. 9, the
燃料電池スタックFCSのセル発電検査やリーク検査が終了しても、燃料電池スタック検査装置100は、5本のストッパシャフト210と3本の押圧シャフト310による締結を継続するので、燃料電池スタックFCSをX軸方向(セル積層方向)に締結したスタック形態のままとする。スタック形態をもたらしている5本のストッパシャフト210と3本の押圧シャフト310は、第1プレート200と第2プレート300にセル積層方向と直交するZ軸方向に沿って切り欠かれた切欠202と切欠302にそれぞれ位置する。よって、燃料電池スタック検査装置100は、第1プレート補助治具230と第2プレート補助治具320とを、図示しない保持治具で、図10の矢印Dに示すZ軸方向、即ち切欠202や切欠302に沿って上昇させる。この補助治具上昇により、5本のストッパシャフト210と3本の押圧シャフト310は、図10に示すように、これらシャフトにより燃料電池スタックFCSがスタック形態とされたまま、第1プレート200および第2プレート300のプレート上端端部の側から離れることになる。そして、燃料電池スタック検査装置100は、上昇させた第1プレート補助治具230と第2プレート補助治具320とを、スタック状態の燃料電池スタックFCSと共に、次工程に搬送する。なお、第1プレート200と第2プレート300とがスタック収容域130の燃料電池スタックFCSに対して相対的に切欠202や切欠302に沿って移動すればよいので、上記の両プレート補助治具の上昇に代えて、第1プレート200と第2プレート300とを装置ベース110ごとZ軸方向に沿って降下させてもよい。
Even if the cell power generation inspection and the leak inspection of the fuel cell stack FCS are completed, the fuel cell
以上説明した本実施形態の燃料電池スタック検査装置100は、スタック収容域130に収容した燃料電池スタックFCSを、マニホールドプレートFCmと集電プレートFCtおよび燃料電池セルFCがスタック状に積層・締結されたスタック形態とし、このスタック形態で、燃料電池スタックFCSのガスリークや発電性能を検査する。本実施形態の燃料電池スタック検査装置100は、5本のストッパシャフト210が突き抜けるそれぞれの切欠202を、燃料電池スタックFCSのマニホールドプレートFCmの供給マニホールド孔M1〜冷却水排出マニホールド孔M4の各マニホールド孔とセル積層方向から見て重ならないように備える。よって、本実施形態の燃料電池スタック検査装置100によれば、燃料電池スタックFCSに発電運転およびその間の検査において必要なガス・冷却水を支障なく上記の各マニホールド孔から給排できると共に、スタック形態での燃料電池スタックFCSのガスや冷却水のリーク検査にも支障を来さない。
In the fuel cell
本実施形態の燃料電池スタック検査装置100は、検査終了後も5本のストッパシャフト210と3本の押圧シャフト310による締結を継続して、燃料電池スタックFCSをセル積層方向に締結したスタック形態のままとする。その上で、本実施形態の燃料電池スタック検査装置100は、スタック形態をもたらしている5本のストッパシャフト210と3本の押圧シャフト310とを切欠202或いは切欠302に沿って移動することで、スタック形態の燃料電池スタックFCSと共に次工程への搬送を可能とする。この結果、本実施形態の燃料電池スタック検査装置100によれば、燃料電池スタックFCSのガス・冷却水のリーク検査やセルの発電状況検査の後の燃料電池セルFCの締結解除、および再締結を全て省略できる。
The fuel cell
本実施形態の燃料電池スタック検査装置100には、次の利点もある。図9に示すスタック形態での燃料電池スタックFCSの検査において、リークや発電の検査不良があれば、燃料電池スタック検査装置100は、第2プレート補助治具320により押圧シャフト310をX軸方向に沿って退避させて、押圧シャフト310によるスタック押圧を解除する。また、燃料電池スタック検査装置100は、押圧シャフト310の退避の後に、第1プレート補助治具230によりストッパシャフト210と第1プレート200もX軸方向に沿って退避させる。これにより、燃料電池スタックFCSにおける燃料電池セルFCの締結が解かれるので、検査不良となった燃料電池セルFCを取り外して、新たな燃料電池セルFCを燃料電池スタックFCSに組み込み・交換できる。このセル交換の後、燃料電池スタック検査装置100は、再度、第1プレート補助治具230によるストッパシャフト210のX軸方向に沿った迫り出しと、第2プレート補助治具320による押圧シャフト310のX軸方向に沿った迫り出しとを、この順に順次実行して、既述したように燃料電池スタックFCSを締結してスタック状態とする。この結果、本実施形態の燃料電池スタック検査装置100によれば、容易、且つ速やかに検査不良セルを交換できると共に、この際に検査不良でない燃料電池セルFCの取り外しを必要としない。これにより、検査不良に伴う工数の低減、延いてはコスト低減を図ることができる。なお、第1プレート補助治具230によるストッパシャフト210のX軸方向に沿った再迫り出しの際に、第1プレート200についても第1プレート補助治具230により再迫り出しを行ってもよい。
The fuel cell
本実施形態の燃料電池スタック検査装置100は、燃料電池スタックFCSの締結の際にストッパとして機能するストッパシャフト210を、マニホールドプレートFCmの供給マニホールド孔M1〜冷却水排出マニホールド孔M4の各マニホールド孔とセル積層方向から見て重ならない切欠202に配設した上で、ストッパシャフト210の本数を5本とした。マニホールドプレートFCmは、燃料電池スタックFCSの車両搭載時には、エンドプレートFCeにおける締結ポイントTPに対応した数の荷重受けポイントで締結荷重を受けるが、本実施形態の燃料電池スタック検査装置100は5本のストッパシャフト210で締結荷重を受けるので、荷重受けポイント数が増える分、個々のストッパシャフト210を小径とできる。よって、切欠202についても切欠幅を狭くできるので、マニホールドプレートFCmの供給マニホールド孔M1〜冷却水排出マニホールド孔M4の各マニホールド孔とセル積層方向から見て切欠202が重ならないようにすることが容易となる。
In the fuel cell
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modified examples, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the invention. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each mode described in the section of the summary of the invention are to solve some or all of the above problems, or In order to achieve some or all of the above effects, it is possible to appropriately replace or combine them. In addition, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be appropriately deleted.
既述した実施形態では、第1プレート補助治具230の第1プレート補助治具230により第1プレート200をプレート保持シャフト120に沿って移動するが、第1プレート200を、トグルクランプ等により単独でプレート保持シャフト120に沿って移動および固定させてもよい。
In the above-described embodiment, the first plate
既述した実施形態では、装置ベース110のスタック保持座112により燃料電池セルFCやマニホールドプレートFCm等を水平に保持して燃料電池スタックFCSの積層を図ったが、装置ベース110を、第2プレート補助治具320の側が下方側となるように傾斜させて、燃料電池スタックFCSの締結を図ってもよい。
In the above-described embodiment, the fuel cell stack FCs and the fuel cell stacks FCm are horizontally held by the
既述した実施形態では、第2プレート300を突き抜ける押圧シャフト310で燃料電池スタックFCSを押圧したが、第1プレート200を突き抜けるシャフトにより燃料電池スタックFCSを押圧してもよい。また、第1プレート200を突き抜けるシャフトと第2プレート300を突き抜けるシャフトの双方で、燃料電池スタックFCSを押圧してもよい。
In the above-described embodiment, the fuel cell stack FCS is pressed by the
100…燃料電池スタック検査装置
110…装置ベース
112…スタック保持座
120…プレート保持シャフト
130…スタック収容域
200…第1プレート
202…切欠
210…ストッパシャフト
220…第1プレート押圧シャフト
230…第1プレート補助治具
231…供給ポート
232…ガス排出ポート
233…エアー排出ポート
234…冷却水排出ポート
300…第2プレート
302…切欠
310…押圧シャフト
320…第2プレート補助治具
CM…セル検査装置
FC…燃料電池セル
FCS…燃料電池スタック
FCe…エンドプレート
FCm…マニホールドプレート
FCt…集電プレート
G1…ガスケット
M1…供給マニホールド孔
M2…燃料ガス排出マニホールド孔
M3…エアー排出マニホールド孔
M4…冷却水排出マニホールド孔
P…給排管
TP…締結ポイント
100... Fuel cell
Claims (1)
前記燃料電池スタックの少なくとも積層方向の長さだけ離間して対向する第1プレートと第2プレートであって、前記燃料電池スタックがスタック一端側に有するマニホールドプレートの側に位置する前記第1プレートと、前記燃料電池スタックがスタック他端側に有するエンドプレートの側に位置する前記第2プレートと、
前記第1プレートを突き抜けて前記マニホールドプレートに接触する複数の第1シャフトと前記第2プレートを突き抜けて前記エンドプレートに接触する複数の第2シャフトとを用いて、前記燃料電池スタックを前記燃料電池セルのセル積層方向に沿って押圧すると共に、前記燃料電池スタックを押圧したまま、前記セル積層方向と直交する直交方向に、前記第1プレートと前記第2プレートとに対して相対的に移動する押圧機構とを備え、
前記第1プレートは、
プレート端部から前記直交方向に沿って切り欠いた複数の切欠を、前記複数の第1シャフトが突き抜ける第1シャフト切欠として備え、
前記第2プレートは、
プレート端部から前記第1シャフト切欠と同じ方向に沿って切り欠いた複数の切欠を、前記複数の第2シャフトが突き抜ける第2シャフト切欠として備え、
前記第1シャフト切欠および前記第2シャフト切欠は、それぞれ前記第1シャフトおよび前記第2シャフトがすり抜けるように一方向に揃えて設けられており、
前記第1シャフト切欠は、前記マニホールドプレートが有するガスと冷却冷媒とのマニホールド孔と、前記セル積層方向から見て重ならない位置に設けられており、
前記第1プレートは、前記マニホールドプレートに設けられたガスと冷却冷媒と前記マニホールド孔に対向する位置に、ガスと冷却冷媒が流通する開口部を備え、前記検査の実施時には、前記第1プレートを前記燃料電池スタックの前記マニホールドプレートに、前記第2プレートを前記燃料電池スタックの前記エンドプレートに、それぞれ密着される
燃料電池スタックの検査装置。 An inspection device for inspecting at least power generation performance of a fuel cell stack in which a plurality of fuel battery cells are laminated,
A first plate and a second plate that are opposed to each other with a distance of at least the stacking direction length of the fuel cell stack, and the first plate is located on the side of a manifold plate that the fuel cell stack has at one end side of the stack; A second plate located on the side of an end plate that the fuel cell stack has on the other end side of the stack;
The fuel cell stack is formed by using a plurality of first shafts that penetrate the first plate and contact the manifold plate and a plurality of second shafts that penetrate the second plate and contact the end plate. While pressing along the cell stacking direction of the cells, while pressing the fuel cell stack, the fuel cell stack moves relative to the first plate and the second plate in the orthogonal direction orthogonal to the cell stacking direction. Equipped with a pressing mechanism,
The first plate is
A plurality of notches cut out from the plate end along the orthogonal direction are provided as first shaft notches through which the plurality of first shafts penetrate,
The second plate is
A plurality of notches cut from the plate end along the same direction as the first shaft notches as second shaft notches through which the plurality of second shafts penetrate,
The first shaft notch and the second shaft notch are arranged in one direction so that the first shaft and the second shaft pass through, respectively,
The first shaft notch is provided at a position where it does not overlap with a manifold hole for gas and cooling refrigerant included in the manifold plate when viewed from the cell stacking direction ,
The first plate includes an opening through which the gas and the cooling refrigerant are provided at a position facing the gas and the cooling refrigerant and the manifold hole provided in the manifold plate, and the first plate is provided when the inspection is performed. A device for inspecting a fuel cell stack , wherein the second plate is in close contact with the manifold plate of the fuel cell stack, and the second plate is in close contact with the end plate of the fuel cell stack.
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