JP6915519B2 - 燃料電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池モジュールに関する。
従来から燃料電池スタックを収納するためのケースを備える燃料電池に関する発明が知られている(下記特許文献1を参照)。特許文献1に記載された燃料電池は、燃料電池スタックと、この燃料電池スタックを収納するための燃料電池ケースと、絶縁性部材と、を備えている。
前記燃料電池ケースは、その内部の圧力値が予め規定された圧力値を超えると開口部を形成して、その内部の圧力を減圧させる減圧手段を備える。前記絶縁性部材は、燃料電池スタックが燃料電池ケース内に収容された状態で、燃料電池スタック上の、前記開口部に対向する位置に設けられている。この従来の燃料電池は、前記燃料電池ケースの開口部の周辺部と絶縁性部材との距離が、前記開口部の周辺部以外と燃料電池スタックとの距離に比して大きくなるように構成されていることを特徴としている。
この構成により、燃料電池ケースの内圧減圧時に、絶縁性部材にかかる圧力を低減できる。よって、絶縁性部材の損傷や、燃料電池スタックからの絶縁性部材の剥離を抑制できるため、保護具等の装着なく安全に作業でき、作業性を向上できる。また、開口部の周辺部以外では、燃料電池用ケースと燃料電池スタックとの距離を、燃料電池用ケースと絶縁性部材との距離よりも小さくできるので、燃料電池全体として小型化を図ることができる。
特開2009−301923号公報
前記従来の燃料電池は、減圧手段として、設定圧力を受けると破裂するラプチャーディスクを用いている。このような減圧手段は、破裂時の亀裂が減圧手段を越えて燃料電池ケースまで伸展するおそれがある。その場合、燃料電池ケースの亀裂において、燃料電池ケースに収納された燃料電池スタックの単セルを含む高電圧部が露出されるおそれがある。
そこで、燃料電池スタックを収容する筐体の内圧を低下させる開裂部の開裂時に、開裂部に発生する亀裂が過度に伸展するのを阻止し、筐体の内部の高電圧部が露出するのを防止することができる燃料電池モジュールを提供する。
本発明の一態様は、燃料電池スタックと、該燃料電池スタックを収容する筐体とを備えた燃料電池モジュールであって、前記筐体は、隔壁と、該隔壁に設けられ前記筐体の内圧が所定の圧力まで上昇した時に開裂する開裂部と、前記隔壁に設けられ前記開裂部を囲む高剛性部と、該高剛性部の外側で前記隔壁に設けられた複数の凸条部とを有し、前記開裂部の強度は、前記凸条部の強度よりも低く、前記高剛性部の強度は、前記凸条部の強度よりも高くかつ前記開裂部に発生する亀裂の伸展を阻止可能な強度であることを特徴とする燃料電池モジュールである。
この態様の燃料電池モジュールは、筐体の隔壁に設けられた開裂部の強度が、開裂部を囲む高剛性部の外側で筐体の隔壁に設けられた凸条部の強度よりも低く、高剛性部の強度は凸条部の強度よりも高い。そのため、筐体の内圧が所定の圧力まで上昇した時に、凸条部や高剛性部よりも先に、最も強度が低い開裂部において亀裂が発生し、開裂部が開裂する。これにより、開裂部の亀裂から筐体の内部のガスが放出され、筐体の内圧の上昇が抑制され、燃料電池モジュールの安全性を確保することができる。
また、開裂部を囲む高剛性部の強度は、凸条部の強度よりも高くかつ開裂部に発生する亀裂の伸展を阻止可能な強度である。そのため、開裂部に発生した亀裂が伸展して高剛性部に到達すると、高剛性部によって亀裂の伸展が阻止される。これにより、筐体の内部に収容された燃料電池スタックの単セルを含む高電圧部が過度に伸展した亀裂によって露出されるのを防止できる。なお、各部の強度とは、たとえば、各部の曲げ剛性である。
筐体は、たとえば、アルミニウムなどの金属材料によって製作されている。より具体的には、筐体は、たとえば、鋳造アルミニウムなどの脆性材料によって作られている。このように、筐体が鋳造アルミニウムによって作られている場合には、開裂部、高剛性部および凸条部を有する隔壁を鋳造することで、部品点数を削減することができ、製造コストの削減が可能になる。また、筐体の軽量化が可能である。
なお、筐体の素材が鋳造アルミニウム等の脆性材料である場合、開裂部に生じた亀裂は瞬時に伸展するが、開裂部を囲む高剛性部を設けることで、開裂部を越えて亀裂が伸展するのを阻止することができる。
上記態様の燃料電池モジュールは、たとえば、前記筐体と前記燃料電池スタックの単セルを含む高電圧部との間に絶縁部材を備え、前記絶縁部材は、少なくとも前記開裂部に対向する領域で前記高電圧部を覆い、前記開裂部に対向する領域外で前記高電圧部の一部を露出させている。
このように、少なくとも開裂部に対向する領域において、絶縁部材によって筐体の内部に配置された高電圧部を覆うことで、開裂部の開裂時に形成された亀裂によって高電圧部が露出するのを防止できる。したがって、開裂部の開裂時に、筐体の外部の人や部品に高電圧部が接触する危険性を低減することができる。
高電圧部は、たとえば、燃料電池スタックを構成する複数の積層された単セルすなわち燃料電池セルと、単セルの積層方向において燃料電池スタックの両端に配置されたターミナルプレートとを含む。ターミナルプレートは、たとえば、複数の単セルの積層方向の両端で単セルに接続され、複数の単セルによって発電された電力を外部に取り出すための構成である。
絶縁部材は、たとえば、電気絶縁性を有する樹脂などの素材によって製造された絶縁シートと絶縁プレートを含む。絶縁シートは、たとえば、燃料電池スタックを覆うように単セルと筐体との間に配置される。絶縁プレートは、たとえば、ターミナルプレートと筐体との間や、ターミナルプレートと加圧プレートとの間に配置される。加圧プレートは、燃料電池スタックを単セルの積層方向に加圧するための構成である。
上記態様の燃料電池モジュールにおいて、高剛性部の肉厚は、たとえば、前記開裂部の肉厚の7.5倍以上である。これにより、高剛性部に十分な強度を持たせることができ、たとえば、筐体の内部に充満させた水素ガスに着火して筐体の内圧を上昇させ、開裂部を開裂させる着火試験において、開裂部に発生した亀裂の伸展を高剛性部によって確実に阻止することができる。
上記態様の燃料電池モジュールにおいて、前記複数の凸条部は、たとえば、前記隔壁の外表面から前記隔壁の厚さ方向に突出し、前記隔壁の外表面に沿って縦横に延びる格子状に設けられている。これにより、隔壁の高剛性部および開裂部を除く部分が、格子状の凸条部によって補強されて強度が向上する。したがって、開裂部が開裂する所定の圧力まで筐体の内圧が上昇するまでの間に、隔壁の開裂部以外の部分が破損するのを防止できる。
上記態様の燃料電池モジュールにおいて、前記隔壁は、たとえば、前記開裂部における肉厚が最も薄く、前記高剛性部における肉厚が前記凸条部における肉厚よりも厚い。これにより、前記開裂部の強度は、前記凸条部の強度よりも低くなり、前記高剛性部の強度は、前記凸条部の強度よりも高くなる。
上記態様の燃料電池モジュールは、前記隔壁を厚さ方向に見て、たとえば、前記開裂部の形状は円形であり、前記高剛性部の形状は円環状である。これにより、開裂部の任意の方向に亀裂が発生しても、高剛性部における応力集中が抑制され、高剛性部に亀裂が発生するのを防止できる。
上記態様の燃料電池モジュールにおいて、前記開裂部は、たとえば、外部構造物に対向して配置される。外部構造物は、たとえば、燃料電池モジュールを支持するためのスタックフレームなどの構造物である。このように、開裂部を外部構造物に近接かつ対向して配置することで、開裂部の開裂時に破片が飛散するのを防止することができる。また、開裂部に形成された亀裂や開口を介して、筐体の外部の人や部品が筐体の内部の高電圧部に接触する危険性を低減することができる。
本発明の上記態様によれば、燃料電池スタックを収容する筐体の内圧を低下させる開裂部の開裂時に、開裂部に発生する亀裂が過度に伸展するのを阻止し、筐体の内部の高電圧部が露出するのを防止することができる燃料電池モジュールを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る燃料電池モジュールの正面図。 図1に示す燃料電池モジュールの斜視図。 図1に示す燃料電池モジュールの断面図。 図1に示す燃料電池モジュールの変形例を示す正面図。 図4に示す燃料電池モジュールの側面図。 図1に示す燃料電池モジュールの変形例を示す斜視図。 図6に示す燃料電池モジュールの正面図。
以下、図面を参照して本発明に係る燃料電池モジュールの一実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池モジュール100の正面図である。図2は、図1に示す燃料電池モジュール100の斜視図である。図3は、図1に示す燃料電池モジュール100の断面図である。
本実施形態の燃料電池モジュール100は、たとえば、燃料電池自動車に搭載され、燃料電池自動車を駆動するモータに電力を供給する車両用電源として用いられる。燃料電池モジュール100は、たとえば、燃料電池スタック10と、この燃料電池スタック10を収容する筐体20とを備えている。
燃料電池スタック10は、たとえば、複数の単セル1すなわち燃料電池セルが積層されて直列に接続された構成を有している。燃料電池スタック10には、単セル1の積層方向における両端にターミナルプレート11が配置されている。ターミナルプレート11は、たとえば、複数の単セル1の積層方向の両端で単セル1に接続され、複数の単セル1によって発電された電力を外部に取り出すための構成である。
本実施形態の燃料電池モジュール100において、燃料電池スタック10を構成する単セル1と、燃料電池スタック10の両端に配置されたターミナルプレート11は、燃料電池スタック10による発電時にその他の部分よりも高電位になる高電圧部HVに含まれる。また、燃料電池モジュール100は、図3に示す例において、筐体20と高電圧部HVとの間に、絶縁部材30である絶縁シート31と絶縁プレート32とを備えている。
絶縁部材30は、たとえば、電気絶縁性を有する樹脂などの素材によって製造されている。絶縁シート31は、たとえば、燃料電池スタック10を覆うように単セルと筐体20との間に配置されている。絶縁プレート32は、たとえば、ターミナルプレート11と筐体20との間と、ターミナルプレート11と加圧プレート12との間に配置されている。加圧プレート12は、燃料電池スタック10を単セル1の積層方向に加圧するための構成である。
筐体20は、たとえば、アルミニウムなどの金属材料によって製造されている。より具体的には、筐体20の素材は、たとえば、鋳造アルミニウムなどの脆性材料である。筐体20は、たとえば、矩形箱形の形状を有している。図1から図3に示す例において、筐体20は、燃料電池スタック10を収容する第1収容部21と、この第1収容部21の一側に設けられてパワーコントロールユニット(PCU)40を収容する第2収容部22とを備えた二段構造を有している。第2収容部22の内部は、PCU40を含む高電圧部品を格納する高電圧部品格納部である。
筐体20は、隔壁23と、隔壁23に設けられて筐体20の内圧が所定の圧力まで上昇した時に開裂する開裂部24と、隔壁23に設けられて開裂部24を囲む高剛性部25と、高剛性部25の外側で隔壁23に設けられた複数の凸条部26とを有している。詳細については後述するが、本実施形態の燃料電池モジュール100は、開裂部24の強度が凸条部26の強度よりも低く、高剛性部25の強度が凸条部26の強度よりも高くかつ開裂部24に発生する亀裂の伸展を阻止可能な強度であることを最大の特徴としている。なお、隔壁23の各部の強度とは、たとえば、隔壁23の各部の曲げ剛性である。
図1から図3に示す例において、筐体20は、隔壁23の一部として、単セル1の積層方向における燃料電池スタック10の両側に、一対のエンドプレート27,28を有している。一方のエンドプレート27は、燃料電池スタック10を収容するために筐体20の一端に設けられた開口部20aを閉塞する蓋であり、複数のボルト27Bによって筐体20に締結されて固定されている。
もう一方のエンドプレート28は、隣接する隔壁23よりも肉厚が厚くされ、隣接する隔壁23と一体に設けられ、加圧プレート12の位置を調節するための調節ボルト29を螺合させるネジ孔28aを有している。この一方のエンドプレート28のネジ孔28aに螺合された調節ボルト29を締め付けることで、筐体20の開口部20aを閉塞するもう一方のエンドプレート27と加圧プレート12との間で、一対のターミナルプレート11と一対の絶縁プレート32を介して、燃料電池スタック10が単セル1の積層方向に加圧される。
開裂部24は、筐体20の隔壁23において、筐体20の内圧に対する強度が最も低い脆弱部である。開裂部24は、何らかの異常によって筐体20の内圧が所定の圧力まで上昇した時に開裂して、筐体20の内部のガスを外部に放出することで、筐体20の内圧の上昇を抑制する安全弁として機能する。すなわち、開裂部24の材質および肉厚は、筐体20の内圧が所定の圧力まで上昇した時に作用する応力によって開裂するように決定されている。開裂部24は、たとえば、図1に示すように、筐体20の底部の隔壁23に設けられ、燃料電池モジュール100を支持する外部構造物であるスタックフレーム200に対向して配置されている。
図3に示すように、絶縁部材30は、少なくとも開裂部24に対向する領域で高電圧部HVを覆い、開裂部24に対向する領域外で高電圧部HVの一部を露出させている。より具体的には、図3に示すように、絶縁部材30である絶縁シート31は、燃料電池スタック10のほぼ全体を覆うことで、開裂部24に対向する領域において、高電圧部HVである単セル1を覆っている。なお、絶縁シート31は、必ずしも燃料電池スタック10の全体を覆う必要はなく、少なくとも開裂部24に対向する領域において、高電圧部HVである単セル1を覆っていればよい。また、絶縁部材30である絶縁シート31と絶縁プレート32は、開裂部24に対向する領域外で、高電圧部HVであるターミナルプレート11の周縁部を露出させている。
高剛性部25は、筐体20の隔壁23において、開裂部24を囲むように設けられ、たとえば、開裂部24の肉厚の7.5倍以上の肉厚を有している。特に限定されないが、高剛性部25は、たとえば、矩形の断面形状を有している。また、図2に示す例において、燃料電池モジュール100は、開裂部24および高剛性部25が設けられた筐体20の底部の隔壁23を厚さ方向に見て、開裂部24の形状は円形であり、高剛性部25の形状は円環状である。
複数の凸条部26は、たとえば、隔壁23の高剛性部25によって囲まれた領域の外側で、隔壁23の外表面から隔壁23の厚さ方向に突出し、隔壁23の外表面に沿って縦横に延びる格子状に設けられている。すなわち、筐体20は、隔壁23の開裂部24および高剛性部25を除く部分に、格子状の凸条部26を有している。なお、図1から図3に示す例において、筐体20の隔壁23の一部であるエンドプレート27,28は、凸条部26を有しなくてもよい。
本実施形態の燃料電池モジュール100において、筐体20の隔壁23は、開裂部24、高剛性部25およびエンドプレート27,28を除く部分において、凸条部26における肉厚が、凸条部26以外の部分における肉厚よりも厚くなっている。凸条部26の肉厚、幅、間隔などは、たとえば、開裂部24の開裂後に想定される筐体20の内圧の極大値に耐えうる耐圧性を筐体20が有するように、筐体20の強度計算に基づいて決定される。また、本実施形態の燃料電池モジュール100において、筐体20の隔壁23は、たとえば、開裂部24における肉厚が最も薄く、高剛性部25における肉厚が凸条部26における肉厚よりも厚くなっている。
以下、本実施形態の燃料電池モジュール100の作用について説明する。
本実施形態の燃料電池モジュール100は、前述のように、たとえば、燃料電池自動車に搭載され、燃料電池自動車を駆動するモータに電力を供給する車両用電源として用いられる。燃料電池自動車は、低コスト化が普及への重要な課題となっており、燃料電池自動車に搭載される燃料電池モジュール100においても低コスト化が求められている。
また、燃料電池モジュール100は、何らかの異常が発生して燃料電池スタック10を収容した筐体20の内圧が上昇したときにも、筐体20内の高電圧部HVが露出されるのを防止するとともに、乗員の安全を確保する必要がある。したがって、人の指が入るような大きさの亀裂を筐体20に発生させたり、筐体20の破片が飛散したりするのを防止する必要がある。
本実施形態の燃料電池モジュール100は、前述のように、燃料電池スタック10と、燃料電池スタック10を収容する筐体20とを備えている。筐体20は、隔壁23と、隔壁23に設けられ筐体20の内圧が所定の圧力まで上昇した時に開裂する開裂部24と、隔壁23に設けられ開裂部24を囲む高剛性部25と、高剛性部25の外側で隔壁23に設けられた複数の凸条部26とを有している。そして、開裂部24の強度は、凸条部26の強度よりも低く、高剛性部25の強度は、凸条部26の強度よりも高くかつ開裂部24に発生する亀裂の伸展を阻止可能な強度である。
この構成により、何らかの異常によって筐体20の内圧が所定の圧力まで上昇した時に、隔壁23の凸条部26が設けられた部分や高剛性部25よりも先に、最も強度が低い開裂部24に亀裂が発生し、開裂部24が開裂する。これにより、開裂部24の亀裂から筐体20の内部のガスが放出され、筐体20の内圧の上昇が抑制され、燃料電池モジュール100の安全性を確保することができる。
より詳細には、何らかの異常によって筐体20の内圧が上昇すると、筐体20の内圧は筐体20内の隔壁23の全面に均一に分布荷重として作用する。筐体20の内圧が時間の経過とともに上昇して所定の圧力に達すると、隔壁23において強度が最も低い開裂部24に亀裂を生じさせる。しかし、筐体20の隔壁23の高剛性部25および凸条部26を含む開裂部24以外の部分は、開裂部24よりも剛性が高いため、亀裂を生じない。
開裂部24に発生した亀裂は、筐体20の内圧の上昇にともなって伸展し、筐体20の内圧を低下させることができる程度まで拡大するが、開裂部24を囲む高剛性部25によって亀裂の過度の伸展が阻止される。その後、拡大した開裂部24の亀裂から筐体20内のガスが放出され、筐体20の内圧が低下して、筐体20の破損が防止される。
また、筐体20の内圧上昇時に、隔壁23に設けられた開裂部24を限定的に開裂させることで、破片が飛散するのを防止して、乗員の安全を確保することができる。さらに、隔壁23の開裂部24は、筐体20の内圧が所定の圧力まで上昇するまでは、筐体20の密閉構造を維持することができるので、燃料電池モジュール100の安全性および対候性を向上させることができる。
また、開裂部24を囲む高剛性部25の強度が、凸条部26の強度よりも高くかつ開裂部24に発生する亀裂の伸展を阻止可能な強度であるため、開裂部24に発生した亀裂が伸展して高剛性部25に到達しても、高剛性部25において亀裂の伸展が阻止される。これにより、筐体20の内部に収容された燃料電池スタック10の単セル1を含む高電圧部HVが過度に伸展した亀裂によって露出されるのを防止でき、人の指が入るような大きさの亀裂が筐体20に発生するのを防止して、乗員の安全を確保することができる。
また、筐体20の素材として鋳造アルミニウムを用いる場合には、開裂部24、高剛性部25および凸条部26を有する隔壁23を鋳造することで、部品点数を削減することができ、製造工程を簡略化することができ、製造コストの削減が可能になる。また、筐体20の軽量化が可能である。また、筐体20の素材が鋳造アルミニウムなどの脆性材料である場合、開裂部24に生じた亀裂は瞬時に伸展するため制御が困難であるが、開裂部24を囲む高剛性部25を設けることで、開裂部24を越えて亀裂が伸展するのを阻止することができる。
また、本実施形態の燃料電池モジュール100は、前述のように、筐体20と燃料電池スタック10の単セル1を含む高電圧部HVとの間に絶縁部材30である絶縁シート31と絶縁プレート32を備えている。絶縁部材30は、少なくとも開裂部24に対向する領域で高電圧部HVを覆い、開裂部24に対向する領域外で高電圧部HVの一部を露出させている。これにより、開裂部24の開裂時に形成された亀裂によって高電圧部HVが露出するのを防止できる。したがって、開裂部24の開裂時に、筐体20の外部の人や部品に高電圧部HVが接触する危険性を低減することができる。
また、本実施形態の燃料電池モジュール100は、前述のように、高剛性部25の肉厚が開裂部24の肉厚の7.5倍以上である。これにより、高剛性部25に十分な強度を持たせることができ、筐体20の内部に充満させた水素ガスに着火して筐体20の内圧を上昇させ、開裂部24を開裂させる着火試験において、開裂部24に発生した亀裂の伸展を高剛性部25によって確実に阻止することができる。したがって、何らかの原因によって筐体20の内部に充満した水素に着火したとしても、開裂部24を開裂させて筐体20の内圧を低減するとともに、筐体20の内部の高電圧部HVが露出するのを防止して、燃料電池モジュール100の安全性を向上させることができる。
また、本実施形態の燃料電池モジュール100において、筐体20の隔壁23の複数の凸条部26は、隔壁23の外表面から隔壁23の厚さ方向に突出し、隔壁23の外表面に沿って縦横に延びる格子状に設けられている。これにより、隔壁23の高剛性部25および開裂部24を除く部分が、格子状の凸条部26によって補強されて強度が向上する。したがって、筐体20の内圧が、開裂部24が開裂する所定の圧力に達するまでの間に、隔壁23の開裂部24以外の部分が破損するのを防止できる。
また、本実施形態の燃料電池モジュール100において、筐体20の隔壁23は、開裂部24における肉厚が最も薄く、高剛性部25における肉厚が凸条部26における肉厚よりも厚い。これにより、筐体20の隔壁23において、開裂部24の強度は、凸条部26の強度よりも低くなり、高剛性部25の強度は、凸条部26の強度よりも高くなる。したがって、何らかの異常によって筐体20の内圧が所定の圧力まで上昇した時に、開裂部24が開裂して筐体20の内部のガスが放出され、筐体20の内圧の上昇が抑制され、燃料電池モジュール100の安全性を確保することができる。
また、本実施形態の燃料電池モジュール100は、筐体20の隔壁23を厚さ方向に見て、たとえば、開裂部24の形状は円形であり、高剛性部25の形状は円環状である。これにより、開裂部24の任意の方向に亀裂が発生しても、高剛性部25における応力集中が抑制され、高剛性部25に亀裂が発生するのを防止できる。
また、本実施形態の燃料電池モジュール100において、筐体20の隔壁23の開裂部24は、スタックフレーム200などの外部構造物に対向して配置される。このように、開裂部24を外部構造物に近接かつ対向して配置することで、開裂部24の開裂時に破片が飛散するのを防止することができる。また、開裂部24に形成された亀裂や開口を介して、筐体20の外部の人や部品が筐体20の内部の高電圧部HVに接触する危険性を低減することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、燃料電池スタック10を収容する筐体20の内圧を低下させる開裂部24の開裂時に、開裂部24に発生する亀裂が過度に伸展するのを阻止し、筐体20の内部の高電圧部HVが露出するのを防止することができる燃料電池モジュール100を提供することができる。
なお、本実施形態の燃料電池モジュール100は、前述の構成に限定されない。以下、本実施形態の燃料電池モジュール100の変形例について説明する。
図4および図5は、図1から図3に示す燃料電池モジュール100の変形例を示す正面図および側面図である。図4および図5に示す変形例において、燃料電池モジュール100は、筐体20の底部の隔壁23ではなく、筐体20の側部の隔壁23に開裂部24および高剛性部25を有している。また、燃料電池モジュール100は、開裂部24が外部構造物である隣り合う部品300に対向して配置されている。この場合にも、図1から図3に示す燃料電池モジュール100と同様の効果を奏することが可能である。
図6および図7は、図1から図3に示す燃料電池モジュール100の変形例を示す斜視図および正面図である。図6および図7に示す変形例において、燃料電池モジュール100は、筐体20の底部の隔壁23ではなく、筐体20の側部の隔壁23であるエンドプレート28に開裂部24および高剛性部25を有している。また、燃料電池モジュール100は、開裂部24が外部構造体である隣り合う部品400に対向して配置されている。この場合にも、図1から図3に示す燃料電池モジュール100と同様の効果を奏することが可能である。
以上のように、前述の変形例および実施形態に係る燃料電池モジュール100は、筐体20の隔壁23における開裂部24の設置位置の自由度が高いという利点がある。
以上、図面を用いて本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの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ける設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
[実施例]
前述の実施形態において説明した燃料電池モジュールと同様の構成を備えた実施例1および実施例2の燃料電池モジュールを製造した。実施例1と実施例2の燃料電池モジュールは、それぞれ、筐体の隔壁を鋳造アルミニウムによって製造した。また、実施例1と実施例2の燃料電池モジュールは、筐体の隔壁に設けられた高剛性部の肉厚を、それぞれ、隔壁に設けられた開裂部の肉厚の10倍と7.5倍にした。
次に、隔壁の高剛性部の肉厚を、開裂部の肉厚の5倍、4倍および1倍とした以外は、実施例1および実施例2の燃料電池モジュールと同様に、比較例1から比較例3の燃料電池モジュールを製造した。
次に、燃料電池モジュールの筐体の内部に水素ガスを充満させて着火させる着火試験を行って、開裂部に発生した亀裂の伸展を抑制する効果の有無を判定した。以下の表1に、実施例1および実施例2ならびに比較例1から比較例3の燃料電池モジュールの高剛性部の肉厚と開裂部の肉厚の比(高剛性部の肉厚/開裂部の肉厚)と、着火試験において開裂部に発生した亀裂の伸展を抑制する効果の有無を示す。
Figure 0006915519
なお、表1において、「亀裂の伸展の抑制効果」は、開裂部に発生した亀裂がその他の部分に伸展するのを阻止できたものを「有」とし、開裂部に発生した亀裂がその他の部分まで伸展したものを「無」とした。以上の結果から、高剛性部の肉厚が開裂部の肉厚の7.5倍以上である実施例1および実施例2の燃料電池モジュールにおいて、亀裂の伸展の抑制効果が認められた。一方、高剛性部の肉厚が開裂部の肉厚の7.5倍未満である比較例1から実施例3の燃料電池モジュールにおいて、亀裂の伸展の抑制効果は認められなかった。
1 単セル
10 燃料電池スタック
11 ターミナルプレート
20 筐体
23 隔壁
24 開裂部
25 高剛性部
26 凸条部
30 絶縁部材
100 燃料電池モジュール
200 スタックフレーム(外部構造物)
300 部品(外部構造物)
400 部品(外部構造物)
HV 高電圧部

Claims (8)

  1. 燃料電池スタックと、該燃料電池スタックを収容する筐体とを備えた燃料電池モジュールであって、
    前記筐体は、隔壁と、該隔壁に設けられ前記筐体の内圧が所定の圧力まで上昇した時に開裂する開裂部と、前記隔壁に設けられ前記開裂部を囲む高剛性部と、該高剛性部の外側で前記隔壁に設けられた複数の凸条部とを有し、
    前記開裂部の曲げ剛性は、前記凸条部の曲げ剛性よりも低く、前記高剛性部の曲げ剛性は、前記凸条部の曲げ剛性よりも高くかつ前記開裂部に発生する亀裂の伸展を阻止可能な曲げ剛性であることを特徴とする燃料電池モジュール。
  2. 前記筐体と前記燃料電池スタックの単セルを含む高電圧部との間に絶縁部材を備え、
    前記絶縁部材は、少なくとも前記開裂部に対向する領域で前記高電圧部を覆い、前記開裂部に対向する領域外で前記高電圧部の一部を露出させていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池モジュール。
  3. 前記高電圧部は、前記燃料電池スタックにおける前記単セルの積層方向の両端に配置されたターミナルプレートを含むことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池モジュール。
  4. 前記高剛性部の肉厚は、前記開裂部の肉厚の7.5倍以上であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池モジュール。
  5. 前記複数の凸条部は、前記隔壁の外表面から前記隔壁の厚さ方向に突出し、前記隔壁の外表面に沿って縦横に延びる格子状に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池モジュール。
  6. 前記隔壁は、前記開裂部における肉厚が最も薄く、前記高剛性部における肉厚が前記凸条部における肉厚よりも厚いことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池モジュール。
  7. 前記隔壁の厚さ方向に見て、前記開裂部の形状は円形であり、前記高剛性部の形状は円環状であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池モジュール。
  8. 前記開裂部は、外部構造物に対向して配置されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池モジュール。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6907913B2 (ja) * 2017-12-08 2021-07-21 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
JP7136040B2 (ja) * 2019-08-06 2022-09-13 トヨタ自動車株式会社 燃料電池ユニット
DE102019220097A1 (de) * 2019-12-19 2021-06-24 Robert Bosch Gmbh Gehäuse zur Aufnahme mindestens eines Brennstoffzellenstapels

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19962682A1 (de) * 1999-12-23 2001-07-05 Siemens Ag Brennstoffzellenstack, die Verwendung eines Brennstoffzellenstacks und ein Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstacks
US6803142B2 (en) * 2001-06-06 2004-10-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell
JP2005149732A (ja) 2003-11-11 2005-06-09 Toyota Motor Corp 燃料電池用ケース
JP5182540B2 (ja) * 2004-12-07 2013-04-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用ケース
JP4346575B2 (ja) * 2005-03-30 2009-10-21 株式会社東芝 燃料改質装置及び燃料電池システム
US20100086813A1 (en) * 2006-08-30 2010-04-08 Kyocera Corporation Reaction Apparatus, Fuel Cell System and Electronic Device
JP5151715B2 (ja) * 2008-06-16 2013-02-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP5193014B2 (ja) * 2008-12-17 2013-05-08 株式会社朝日ラバー 過剰圧力開放弁及びそれを有する過剰圧力開放ユニット
WO2011158822A1 (ja) * 2010-06-16 2011-12-22 株式会社朝日ラバー 過剰圧力開放弁及び過剰圧力開放ユニット
JP6104833B2 (ja) 2014-03-10 2017-03-29 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
JP6102887B2 (ja) 2014-11-05 2017-03-29 トヨタ自動車株式会社 インシュレータおよび燃料電池装置
JP6477425B2 (ja) 2015-11-04 2019-03-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池装置
JP2017142928A (ja) 2016-02-09 2017-08-17 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック

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