JP6730673B2

JP6730673B2 - 燃料電池セルの発電検査装置

Info

Publication number: JP6730673B2
Application number: JP2016155801A
Authority: JP
Inventors: 重光野本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2036-08-08
Also published as: JP2018026211A

Description

この発明は、燃料電池セルの発電検査を行う発電検査装置に関する。

燃料電池セルの発電検査装置として、燃料電池セルを１枚ずつ中間板の間に挟み、セル積層方向に加圧して締結した状態で検査をする装置が利用されている（例えば、特許文献１参照）。

このような発電検査装置としては、例えば、発電検査装置のベースとなるベースプレート上に設けられた第１のエンドプレートおよび第２のエンドプレート、締結装置を用い、中間板と燃料電池セルとを水平方向に押圧して締結するものがある。

特開２０１４−０４１７０２号公報

しかしながら、従来の発電検査装置には、締結された燃料電池セルの鉛直方向上側の面圧が下側の面圧よりも低下することに起因して面圧にばらつきが生じ、燃料電池セルの発電検査を行う際に、測定誤差が生じるという問題があった。このような面圧のばらつきは、例えば、発電検査装置の上方で両エンドプレートを拘束ジグで拘束する等によって抑えることはできるが、燃料電池セルを入れ替える度に拘束ジグを脱着することは現実的な対処手段ではない。

そこで、本発明は、燃料電池セルを発電検査装置に締結した際に生じる燃料電池セルの面圧のばらつきを抑制することができる発電検査装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池セルの発電検査を行う発電検査装置は、ベースプレートと、前記ベースプレートの両端部に設けられた一対のプレッシャプレートと、前記一対のプレッシャプレート間に設けられた複数の前記燃料電池セルを挟んで間接的に冷却する中間板と、前記プレッシャプレートを加圧して前記燃料電池セルの締結をする締結装置と、複数の前記中間板のうち前記積層方向において最も外側に設けられた前記中間板の外側に設けられた圧力調整プレートと、を備え、前記圧力調整プレートの前記積層方向における厚さは、前記ベースプレート側から離れる方向に厚くなることを特徴とする。

以上のように、圧力調整プレートの積層方向における厚みが、ベースプレート側から離れる方向に厚くなるため、燃料電池セルを発電検査装置に締結した際に、燃料電池セルの鉛直方向上側には、ベースプレート側に比べ、大きい面圧が加えられる。

よって、燃料電池セルを発電検査装置に締結した際に生じる燃料電池セルの面圧のばらつきを抑制することができる。

本発明にかかる発電検査装置は、燃料電池セルを発電検査装置に締結した際に生じる燃料電池セルの面圧のばらつきを抑制することができる。

本発明の一実施形態にかかる発電検査装置を示す図である。一対の中間板および燃料電池セルの斜視図である。一対の中間板および燃料電池セルの断面図である。従来の発電検査装置の一例を参考として示す図である。

＜発電検査装置の構成＞
図１は、本実施形態にかかる発電検査装置１００を示している。発電検査装置１００は、燃料電池セル２００の発電検査を行う装置であり、ベースプレート１１４と、第１のプレッシャプレート１１３と、第２のプレッシャプレート１１３と、中間板１１１と、締結装置１１５と、圧力調整プレート１１２と、第１のシャフト１１８と、第２のシャフト１１９と、を備えている。

ベースプレート１１４は、矩形状のプレートであり、発電検査装置１００の鉛直方向下側に設けられている。また、発電検査装置１００の鉛直方向上側は、燃料電池セル２００の着脱スペースとなっている。

第１のプレッシャプレート１１３および第２のプレッシャプレート１１３は、ベースプレート１１４の両端部に設けられたプレートであり、ベースプレート１１４に鉛直方向下側のみを支持された状態、すなわち、片持ち支持の状態である。

中間板１１１は、矩形状のプレートであり、金属などの導電性部材によって形成されている。中間板１１１は、第１のプレッシャプレート１１３と第２のプレッシャプレート１１３との間に複数設けられており、第１のシャフト１１８および第２のシャフト１１９に沿って移動可能である。中間板１１１は、燃料電池セルの検査時には、図１のように、燃料電池セル２００を挟んでいる。また、各中間板１１１は、内部に水等の冷却媒体を流通させるための流路を備えており、この流路に冷却媒体を流通させることによって、燃料電池セル２００を間接的に冷却している。中間板１１１の構造の詳細については後述する。

締結装置１１５は、燃料電池セル２００の締結をするための装置である。締結装置１１５は、締結部材１１６と、押圧部材１１７と、を有している。例えばねじで構成される締結部材１１６は、押圧部材１１７と連結しており、外部から力を受けて、押圧部材１１７を燃料電池セル２００の積層方向に移動させる部材である。押圧部材１１７は、燃料電池セル２００の積層方向に第１のシャフト１１８および第２のシャフト１１９に沿って移動可能に構成されており、燃料電池セル２００、中間板１１１および圧力調整プレート１１２を積層方向に押圧する部材である。

圧力調整プレート１１２は、中間板１１１に加わる圧力を調整するためのプレートであり、例えば、側面視台形形状となっているなど、圧力調整プレート１１２の厚みがベースプレート１１４側から鉛直方向上側に離れるにつれて厚くなっている。また、圧力調整プレート１１２の鉛直方向の寸法は、中間板１１１の鉛直方向の寸法より大きい。また、圧力調整プレート１１２は、第１のシャフト１１８および第２のシャフト１１９に沿って移動可能に構成されている。

第１のシャフト１１８および第２のシャフト１１９は、中間板１１１、圧力調整プレート１１２および押圧部材１１７の積層方向への移動をガイドするためのシャフトであり、それぞれ、鉛直方向上下に設けられている。

＜中間板の構成＞
次に、図２および図３を用いて、中間板１１１の詳細について説明する。図２は、一対の中間板１１１および燃料電池セル２００の斜視図である。図３は、一対の中間板１１１および燃料電池セル２００の断面図である。

中間板１１１は、図２に示すように、水供給口１２０と、水排出口１３０と、空気供給口１２２と、空気排出口１２４と、水素供給口１２６と、水素排出口１２８と、モニタ用端子１４０と、を有している。水供給口１２０は、図示しない冷媒供給管に接続され、中間板１１１の内部の流路に冷却媒体を流入させる。水排出口１３０は、図示しない冷媒排出管に接続され、流路を通過した冷却媒体を中間板１１１から排出する。空気供給口１２２は、外部から燃料電池セル２００へ空気を取り込むための開口であり、空気排出口１２４は、燃料電池セル２００を通過してきた空気を排出するための開口である。水素供給口１２６は、外部から燃料電池セル２００へ水素を取り込むための開口であり、水素排出口１２８は、燃料電池セル２００を通過してきた水素を排出するための開口である。また、空気供給口１２２、空気排出口１２４、水素供給口１２６、水素排出口１２８は、中間板１１１を貫通しており、燃料電池セル２００が中間板１１１の間に配置されたときに、燃料電池セル２００の貫通孔１３２、１３４、１３６と連通するように構成されている。この結果、水素供給口１２６は、燃料ガス供給のためのマニホールドの一部として機能し、空気供給口１２２は、酸化剤ガス供給のためのマニホールドの一部として機能し、水素排出口１２８は、燃料ガス排出のためのマニホールドの一部として機能し、空気排出口１２４は、酸化剤ガス排出のためのマニホールドの一部として機能する。モニタ用端子１４０は、セルモニタケーブルが取り付けられる接続部材である。

また、中間板１１１は、図３に示すように、第１のプレート１６０および第２のプレート１７０が重ね合わせられることで構成されている。第１のプレート１６０には、冷却媒体の流路である複数の溝１９０が形成されている。第２のプレート１７０には、鉛直方向上下に、それぞれガスケット１８０が設けられている。ガスケット１８０は、燃料電池セル２００と中間板１１１とが締結された際に、潰れて燃料電池セル２００に密着する。なお、ガスケット１８０は、ゴム等の弾性材料によって形成されている。

＜燃料電池セルの構成＞
次に、図２および図３を用いて、燃料電池セル２００について説明する。

燃料電池セル２００は、図２に示すように、水素供給口１２６と連通する第１の貫通孔１３２と、水素排出口１２８と連通する第２の貫通孔１３４と、空気排出口１２４と連通する第３の貫通孔１３６と、空気供給口１２２と連通する第４の貫通孔（不図示）と、図３に示すガスケット２１０と、を有している。

第４の貫通孔は、外部から供給された酸化剤ガスとしての空気を燃料電池セル２００のカソード側に分配供給する。第３の貫通孔１３６は、燃料電池セル２００のカソード側から排出されるカソードオフガスを集めて燃料電池セル２００の外側に排出する。第１の貫通孔１３２は、外部から供給された燃料ガスとしての水素を燃料電池セル２００のアノード側に分配供給する。第２の貫通孔１３４は、燃料電池セル２００のアノード側のから排出されるアノードオフガスを集めて燃料電池セル２００の外側に排出する。また、ガスケット２１０は、鉛直方向上下にそれぞれ設けられ、燃料電池セル２００と中間板１１１とが締結された際に、潰れて中間板１１１に密着する。なお、ガスケット２１０は、ゴム等の弾性材料によって形成されている。

＜燃料電池セルの発電検査＞
はじめに、複数の燃料電池セル２００を、発電検査装置１００の上側における燃料電池セル２００の着脱スペースから複数の中間板１１１の間に配置する。そして、締結装置１１５に外部から力を加えて、燃料電池セル２００と中間板１１１の締結を行う。この際、圧力調整プレート１１２の積層方向における厚さが、ベースプレート１１４側から離れる方向に厚くなるため、燃料電池セル２００の上側には、下側に比べ、大きい面圧が加えられる。この状態で、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却媒体を供給し、各燃料電池セル２００を冷却しつつ発電を行うことで、燃料電池セル２００の発電検査を行う。

なお、圧力調整プレート１１２が設けられていない発電検査装置１００において、締結装置１１５に外部から力を加えると、第１のプレッシャプレート１１３および第２のプレッシャプレート１１３は、ベースプレート１１４に支持された鉛直方向下側を支点として、その鉛直方向上側が、外側に向かって傾いてしまうことがある。（図４参照）また、この傾き量は、ベースプレート１１４から離れるほど大きくなる。これにより、締結された燃料電池セル２００の鉛直方向上側の面圧が下側の面圧よりも低下してしまい、面圧にばらつきが生じる場合がある。

これに対して、本願発明にかかる発電検査装置１００は、圧力調整プレート１１２の積層方向における厚みが、ベースプレート１１４側から離れる方向に厚くなるため、燃料電池セル２００を発電検査装置１００に締結した際に、燃料電池セル２００の上側には、下側に比べ、大きい面圧が加えられる。

よって、燃料電池セル２００を発電検査装置１００に締結した際に生じる燃料電池セル２００の面圧のばらつきを抑制することができる。

１００発電検査装置
１１１中間板
１１２圧力調整プレート
１１３プレッシャプレート
１１４ベースプレート
１１５締結装置
１１６締結部材
１１７押圧部材
１１８第１のシャフト
１１９第２のシャフト
１２０水供給口
１２２空気供給口
１２４空気排出口
１２６水素供給口
１２８水素排出口
１３０水排出口
１３２第１の貫通孔
１３４第２の貫通孔
１３６第３の貫通孔
１４０モニタ用端子
１６０第１のプレート
１７０第２のプレート
１８０ガスケット
１９０溝
２００燃料電池セル
２１０ガスケット

Claims

燃料電池セルの発電検査を行う発電検査装置であって、
ベースプレートと、
前記ベースプレートの両端部に設けられた一対のプレッシャプレートと、
前記一対のプレッシャプレート間に設けられた複数の前記燃料電池セルを挟んで間接的に冷却する中間板と、
複数の前記中間板のうち前記積層方向において最も外側に設けられた前記中間板の外側に設けられ、全ての前記中間板を挟む一対の圧力調整プレートと、
前記プレッシャプレートに向かって前記燃料電池セル、前記中間板および前記圧力調整プレートを押圧する押圧部材によって前記燃料電池セルの締結をする締結装置と、
を備え、
前記圧力調整プレートの前記積層方向における厚さは、前記ベースプレート側から離れるにつれて厚くなることを特徴とする、
発電検査装置。