JP6939631B2 - 燃料電池及びそれを搭載した車両 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池及びそれを搭載した車両に関する。
従来、このような分野の技術として、例えば特許文献１に記載されるものがある。この特許文献１に記載の燃料電池は、車両に搭載されており、複数の燃料電池セルが積層されるセル積層体と、セル積層体の積層方向の端部に配置されるエンドプレートと、セル積層体及びエンドプレートを収容するスタックケースとを備えている。
特開２００２−３６７６６３号公報
しかし、上述した燃料電池では、外部からの衝撃を受ける場合があり、衝撃によってセル積層体がスタックケースから露出する可能性がある。このため、スタックケースからセル積層体の露出を抑制することが求められている。
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、スタックケースからセル積層体の露出を抑制することができる燃料電池及びそれを搭載した車両を提供することを目的とする。
本発明に係る燃料電池は、複数の燃料電池セルが積層されるセル積層体と、前記セル積層体の積層方向の両端部に配置される一対のエンドプレートと、前記セル積層体及び前記エンドプレートを収容するスタックケースと、を備える燃料電池であって、前記スタックケースは、底面部と、前記エンドプレートに対向し、且つ前記底面部よりも剛性の高い一対のエンドプレート対向部と、前記セル積層体の積層方向に延設する一対の側面部と、前記側面部と前記エンドプレート対向部との角部の近傍に配置されるとともに、前記底面部を挟んで前記側面部の外壁に設けられる二対のマウント部と、を有し、前記マウント部は、前記側面部と前記エンドプレート対向部とを連結するように形成され、前記底面部は、対となる前記マウント部同士を結ぶ位置に配置されるとともに下方に突出するリブ部を有し、前記セル積層体の積層方向において、前記リブ部は隣接した前記エンドプレート対向部から離れて配置されていることを特徴としている。
本発明に係る燃料電池では、底面部において対となるマウント部同士を結ぶ位置にリブ部が配置され、且つ該リブ部が隣接したエンドプレート対向部から離れて配置されているので、底面部におけるエンドプレート対向部とリブ部との間の部分は、リブ部が配置された部分と比べて相対的に剛性が低くなる。また、エンドプレート対向部の剛性が底面部よりも高い。このため、仮にエンドプレート対向部側からの衝撃を受けた場合、底面部におけるエンドプレート対向部とリブ部との間の部分を破断させることで、衝撃を吸収し、スタックケースの破壊を防止することができる。加えて、マウント部は側面部とエンドプレート対向部とを連結するように形成されるため、該マウント部を介して側面部とエンドプレート対向部とを繋ぐことにより、破損時におけるエンドプレート対向部の脱落を防止することができる。その結果、スタックケースからセル積層体の露出を抑制することができる。
本発明に係る燃料電池車両は、上述の燃料電池を、前記積層体の積層方向が車両の前後方向と一致するように搭載したことを特徴としている。このようにすれば、車両の前後方向からの衝撃を受けた場合に、セル積層体がスタックケースから露出することを抑制できる。
本発明に係る燃料電池車両は、上述の燃料電池を、前記積層体の積層方向が車両の幅方向と一致するように搭載したことを特徴としている。このようにすれば、車両の幅方向からの衝撃を受けた場合に、セル積層体がスタックケースから露出することを抑制できる。
本発明によれば、スタックケースからセル積層体の露出を抑制することができる。
実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。 実施形態に係る燃料電池を示す平面図である。 マウント部を示す拡大側面図である。 図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 衝撃を受けた場合の破断状況を説明するための模式断面図である。 燃料電池を搭載した車両を示す模式図である。
以下、図面を参照して本発明に係る燃料電池及びそれを搭載した車両の実施形態について説明するが、本発明に係る燃料電池は、車両のほか、船舶、航空機、電車、建物の発電設備にも適用される。
＜燃料電池＞
図１は実施形態に係る燃料電池を示す斜視図であり、図２は実施形態に係る燃料電池を示す平面図であり、図３はマウント部を示す拡大側面図であり、図４は図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。なお、図２において、スタックケースに収容されたセル積層体の構造等をより分かり易くするために、天面部を取り外した状態を示す。
本実施形態の燃料電池１は、例えば駆動源として車両のフロントルームに搭載されており、複数の燃料電池セル３１が積層されるセル積層体３と、セル積層体３の積層方向の両端部に配置される一対のエンドプレート４，５と、セル積層体３及びエンドプレート４，５を収容するスタックケース２とを主に備えている。
セル積層体３は、複数の燃料電池セル３１を積層してなるセルスタックであり、固体高分子電解質型燃料電池を構成する。図示しないが、燃料電池セル３１は、例えば高分子電解質膜がアノード電極及びカソード電極により挟持されてなる膜電極接合体と、該膜電極接合体を両側から挟み込む一対のセパレータとを有する。この燃料電池セル３１は、カソード電極側のセパレータを介して供給された空気中の酸素ガスと、アノード電極側のセパレータを介して供給された水素ガスとの電気化学反応により発電する。そして、複数の燃料電池セル３１は、エンドプレート４，５によって所定の圧縮荷重で締結固定されている。
スタックケース２は、アルミニウムなどの金属材料によって矩形箱状に形成されている。このスタックケース２は、底面部２１と、天面部２２と、エンドプレート４，５と対向する一対のエンドプレート対向部２３，２４と、セル積層体３の積層方向に延設する一対の側面部２５，２６とを有する。なお、底面部２１、天面部２２、エンドプレート対向部２３，２４及び側面部２５，２６の外表面には、格子状の補強リブをそれぞれ設けても良い。
本実施形態では、エンドプレート対向部２３，２４の剛性は、底面部２１の剛性よりも高くなっている。具体的には、エンドプレート対向部２３，２４は、底面部２１と同じ金属材料で形成されているが、その板厚が底面部２１より大きく、言い換えれば底面部２１よりも厚くなっている。なお、ここで、エンドプレート対向部２３，２４に相対的に剛性の高い金属材料、底面部２１に相対的に剛性の低い金属材料をそれぞれ用いることにより、両者間の剛性の差を実現しても良い。
また、スタックケース２は、該スタックケース２を車体（図示せず）に取り付けて固定するための二対のマウント部２７ａ〜２７ｄを有する。図２に示すように、これらの二対のマウント部２７ａ〜２７ｄは、側面部２５，２６とエンドプレート対向部２３，２４との角部の近傍に配置されるとともに、底面部２１を挟んで側面部２５，２６の外壁に設けられている。
具体的には、マウント部２７ａは側面部２５の外壁であってエンドプレート対向部２４に隣接した位置、マウント部２７ｂは側面部２５の外壁であってエンドプレート対向部２３に隣接した位置にそれぞれ配置されている。一方、マウント部２７ｃは側面部２６の外壁であってエンドプレート対向部２４に隣接した位置、マウント部２７ｄは側面部２６の外壁であってエンドプレート対向部２３に隣接した位置にそれぞれ配置されている。
そして、マウント部２７ａとマウント部２７ｃとは、底面部２１を挟んで底面部２１の両側に配置され、対となっている。一方、マウント部２７ｂとマウント部２７ｄとは、底面部２１を挟んで底面部２１の両側に配置され、対となっている。これらのマウント部２７ａ〜２７ｄは、構造が同じであるので、以下ではマウント部２７ｂのみを挙げてその構造を説明する。
図３に示すよう、マウント部２７ｂは、側面部２５及びそれに隣接したエンドプレート対向部２３を連結する連結部２７１と、連結部２７１の下方に配置されて車体に取り付けるための取付部２７２と、を有する。連結部２７１は、燃料電池セル３１の積層方向において、側面部２５からエンドプレート対向部２３までの範囲に亘って、側面部２５及びエンドプレート対向部２３と一体的に形成されている。
取付部２７２には、ボルトを挿通できる貫通孔２７２ａが設けられている。図３に示すように、取付部２７２の下面は、底面部２１の下面よりも更に下方に位置する。このような構造を有するマウント部２７ｂは、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、側面部２５及びエンドプレート対向部２３，２４と一体化されている。
図１に示すように、底面部２１は、対となるマウント部２７ａ，２７ｃ同士を結ぶ位置に配置されたリブ部２８と、対となるマウント部２７ｂ，２７ｄ同士を結ぶ位置に配置されたリブ部２９とを有する。リブ部２８，２９は、底面部２１の下面から下方に突出するように形成されている。リブ部２８，２９の突出によってスタックケース２の車体への取付に影響を与えないように、リブ部２８，２９の下面はマウント部２７ｂの取付部２７２の下面よりも高くなっている（図３及び図４参照）。
また、燃料電池セル３１の積層方向において、リブ部２８は隣接したエンドプレート対向部２４から所定の距離で離れて配置され、リブ部２９は隣接したエンドプレート対向部２３から所定の距離で離れて配置されている。
このように構成された燃料電池１では、底面部２１において対となるマウント部２７ａ〜２７ｄ同士を結ぶ位置にリブ部２８，２９が配置され、且つリブ部２８は隣接したエンドプレート対向部２４から所定の距離で離れて配置され、リブ部２９は隣接したエンドプレート対向部２３から所定の距離で離れて配置されているので、底面部２１におけるエンドプレート対向部２３，２４とリブ部２８，２９との間の部分は、リブ部２８，２９が配置された部分と比べて相対的に剛性が低くなる。
ここで、図５に示すエンドプレート対向部２３、底面部２１及びリブ部２９の例を挙げて詳細に説明する。すなわち、底面部２１におけるエンドプレート対向部２３とリブ部２９との間の部分は、リブ部２９が配置された部分と比べて相対的に剛性が低くなる。また、上述したようにエンドプレート対向部２３の剛性は底面部２１よりも高い。従って、例えばエンドプレート対向部２３側からの衝撃Ｆを受けた場合、底面部２１におけるエンドプレート対向部２３とリブ部２９との間の部分を破断させることで、衝撃を吸収し、スタックケース２の破壊を防止することができる。
また、マウント部２７ｂは側面部２５及びそれに隣接したエンドプレート対向部２３を連結する連結部２７１を有するので、該連結部２７１を介して側面部２５とエンドプレート対向部２３とを繋ぐことで、破損時におけるエンドプレート対向部２３の脱落を防止することができる。その結果、スタックケース２からセル積層体３の露出を抑制することができ、セル積層体３の露出による感電の発生を防止することができる。これと同様に、仮にエンドプレート対向部２４側からの衝撃を受けた場合、底面部２１におけるエンドプレート対向部２４とリブ部２８との間の部分を破断させることで、スタックケース２の破壊を防止でき、スタックケース２からセル積層体３の露出を抑制することができる。
＜燃料電池を備えた車両＞
図６は燃料電池を搭載した車両を示す模式図である。本実施形態の車両１０は、上述の燃料電池１を備えている。そして、燃料電池１は、セル積層体３の積層方向が車両の前後方向と一致した状態でフロントルームに搭載されている。この場合、エンドプレート対向部２３，２４が車両の前後方向に面することになる。
このように構成された車両１０では、燃料電池１を備えたので、車両の前後方向からの衝撃を受けた場合に、セル積層体３がスタックケース２から露出することを抑制できる。
なお、燃料電池１は、セル積層体３の積層方向が車両の幅方向と一致した状態でフロントルームに搭載されても良い。この場合、エンドプレート対向部２３，２４は車両の幅方向に面することになる。このようにすれば、車両の幅方向からの衝撃を受けた場合に、セル積層体３がスタックケース２から露出することを抑制できる。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
１ 燃料電池
２ スタックケース
３ セル積層体
４，５ エンドプレート
１０ 車両
２１ 底面部
２２ 天面部
２３，２４ エンドプレート対向部
２５，２６ 側面部
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ マウント部
２８，２９ リブ部
３１ 燃料電池セル
２７１ 連結部
２７２ 取付部

Claims (3)

  1. 複数の燃料電池セルが積層されるセル積層体と、前記セル積層体の積層方向の両端部に配置される一対のエンドプレートと、前記セル積層体及び前記エンドプレートを収容するスタックケースと、を備える燃料電池であって、
    前記スタックケースは、
    底面部と、
    前記エンドプレートに対向し、且つ前記底面部よりも剛性の高い一対のエンドプレート対向部と、
    前記セル積層体の積層方向に延設する一対の側面部と、
    前記側面部と前記エンドプレート対向部との角部の近傍に配置されるとともに、前記底面部を挟んで前記側面部の外壁に設けられる二対のマウント部と、
    を有し、
    前記マウント部は、前記側面部と前記エンドプレート対向部とを連結するように形成され、
    前記底面部は、対となる前記マウント部同士を結ぶ位置に配置されるとともに下方に突出するリブ部を有し、
    前記セル積層体の積層方向において、前記リブ部は隣接した前記エンドプレート対向部から離れて配置されていることを特徴とする燃料電池。
  2. 請求項１に記載の燃料電池を、前記セル積層体の積層方向が車両の前後方向と一致するように搭載したことを特徴とする燃料電池車両。
  3. 請求項１に記載の燃料電池を、前記セル積層体の積層方向が車両の幅方向と一致するように搭載したことを特徴とする燃料電池車両。
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