(57)【要約】      （修正有）【課題】セルの積層方向に対してうねりが発生することを防止する方法の提供。【解決手段】燃料電池スタック１００Ｐの組立方法であって、積層された複数のセル１１２を備えるセル積層体１１０と、セル積層体１１０の一方の端部に配される第１のエンドプレート１２０と、セル積層体１１０の他方の端部に配される第２のエンドプレート１３０と、を有する燃料電池スタック１００Ｐの組立方法であって、複数のセル１１２を重力方向に沿って積層させるとともに重力方向上側に配された第１のエンドプレート１２０が固定された状態において、重力方向下側に配された第２のエンドプレート１３０に対して重力方向上側を向いた荷重Ｌを付与して第１のエンドプレート１２０と第２のエンドプレート１３０との間の複数のセル１１２を圧縮させる圧縮工程を含む、燃料電池スタック１１０の組立方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックの組立方法であって、
積層された複数のセルを備えるセル積層体と、前記セル積層体の一方の端部に配される第１のエンドプレートと、前記セル積層体の他方の端部に配される第２のエンドプレートと、を有する燃料電池スタックの組立方法であって、
複数の前記セルを重力方向に沿って積層させるとともに重力方向上側に配された前記第１のエンドプレートが固定された状態において、重力方向下側に配された前記第２のエンドプレートに対して重力方向上側を向いた荷重を付与して前記第１のエンドプレートと前記第２のエンドプレートとの間の複数の前記セルを圧縮させる圧縮工程を含む、燃料電池スタックの組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックの組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックの組立方法には、複数のセルを重力方向に沿って積層させた状態において、重力方向上側から荷重を加えてセルを圧縮するものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１８７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の燃料電池スタックの組立方法では、複数のセルを重力方向に沿って積層させた状態において、複数のセル全体のうち重力方向下側に配された複数のセルは、複数のセル全体におけるその他の部分に対して、重力によって圧縮された状態にある。その状態に対して、重力方向上側から荷重を加えられると、複数のセル全体のうち重力方向上側に配された複数のセルも、圧縮された状態になる。この状態において荷重が加えられるにつれて、複数のセル全体のうち重力方向下側および上側の両側からセルの積層状態が疎である部分が圧縮される。このとき、セルの積層状態が疎である部分に対して水平方向の力が発生しやすいため、重力方向に沿って積層されたセルに、水平方向のうねりが発生する虞があった。このような課題を解決するために、燃料電池スタックの組立において、セルの積層方向に対してうねりが発生することを防止できる技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池スタックの組立方法が提供される。この燃料電池スタックの組立方法は、積層された複数のセルを備えるセル積層体と、前記セル積層体の一方の端部に配される第１のエンドプレートと、前記セル積層体の他方の端部に配される第２のエンドプレートと、を有する燃料電池スタックの組立方法であって、複数の前記セルを重力方向に沿って積層させるとともに重力方向上側に配された前記第１のエンドプレートが固定された状態において、重力方向下側に配された前記第２のエンドプレートに対して重力方向上側を向いた荷重を付与して前記第１のエンドプレートと前記第２のエンドプレートとの間の複数の前記セルを圧縮させる圧縮工程を含む。このような形態とすれば、重力方向下側に向かうにつれてセル積層体におけるセルが積層されている密度が高くなっている状態において、重力方向上側を向いた荷重をセル積層体に対して重力方向下側から付与する。その結果、重力方向下側から上側に向けて、セルを密に積層された状態に順に移行させていくことができるため、セルの積層方向に対してうねりが発生することを防止できる。
【０００７】
本発明の形態は、燃料電池の組立方法に限るものではなく、例えば、本発明に係る燃料電池の組立方法により製造された燃料電池、その燃料電池を備える燃料電池システム、などの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】燃料電池スタックの組立方法によって製造される燃料電池スタックの概略構成を示す説明図である。
【図２】製造途中にある燃料電池スタックを示した説明図である。
【図３】重力方向下側から荷重の付与が開始された状態を示した説明図である。
【図４】複数の単セルが密に積層された状態を示した説明図である。
【図５】燃料電池スタックに荷重が付与されている状態を示した説明図である。
【図６】単セルの積層方向に対してうねりが発生した状態を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池スタック１００の組立方法によって製造される燃料電池スタック１００の概略構成を示す説明図である。図１の下側は、重力方向下側である。図１の上側は、重力方向上側である。本明細書における他の図においても、図中の下側は重力方向下側であり、図中の上側は重力方向上側である。
【００１０】
燃料電池スタック１００は、水素と酸素との電気化学反応によって発電するユニットである。燃料電池スタック１００は、セル積層体１１０と、第１のエンドプレート１２０と、第２のエンドプレート１３０とを備える。
【００１１】
セル積層体１１０は、単セル１１２を複数積層して形成される積層体である。単セル１１２は、それぞれが単体でも発電可能な発電要素であり、電解質膜の両面に電極（カソード、アノード）を配置した発電体である膜電極接合体と、膜電極接合体の両外側に配置されるセパレータと、を有する。電解質膜は、内部に水分を包含した湿潤状態のときに良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成される。
【００１２】
燃料電池スタック１００のうち、セル積層体１１０の積層方向についての両端部には、それぞれ、比較的剛性が高い金属製の第１のエンドプレート１２０および第２のエンドプレート１３０が配置される。第１のエンドプレート１２０および第２のエンドプレート１３０は、セル積層体１１０を挟むとともにセル積層体１１０に対して圧縮荷重を加えた状態で、締結部材（図示しない）によって締結されている。なお、燃料電池スタック１００において、セル積層体１１０と第１のエンドプレート１２０との間と、積層された複数の単セル１１２と第２のエンドプレート１３０との間とには、それぞれ集電板および絶縁板が配置されているものとする。集電板は、単セル１１２において発電された電力を集電する板である。絶縁板は、集電板と第１のエンドプレート１２０および第２のエンドプレート１３０との間の絶縁を確保するための板である。
【００１３】
セル積層体１１０のうち、重力方向下側寄りの領域を領域Ｒ１、重力方向上側寄りの領域を領域Ｒ３、領域Ｒ１と領域Ｒ３との間における領域を領域Ｒ２、と呼ぶこととする。燃料電池スタック１００では、領域Ｒ１、領域Ｒ２および領域Ｒ３において単セル１１２は密に積層された状態である。ここでいう密に積層された状態とは、燃料電池スタック１００の完成品として設定された基準を満たす程度に圧縮されている状態のことである。
【００１４】
図２、図３、図４を用いて、燃料電池スタック１００の組立方法における圧縮工程について、説明する。圧縮工程とは、第１のエンドプレート１２０と第２のエンドプレート１３０との間に複数の単セル１１２を挟ませた状態において、複数の単セル１１２を圧縮させる工程のことである。圧縮工程は、複数の単セル１１２を重力方向に沿って積層させるとともに第１のエンドプレート１２０が固定された状態において実施される。
【００１５】
図２は、製造途中にある燃料電池スタック１００Ｐを示した説明図である。燃料電池スタック１００Ｐの構成は、完成品である燃料電池スタック１００と同じであるが、第１のエンドプレート１２０および第２のエンドプレート１３０がセル積層体１１０に対して圧縮荷重を加えておらず締結もされていない状態である点が異なる。
【００１６】
図２において、セル積層体１１０が重力方向に沿って積層されているとともに、第１のエンドプレート１２０が、第１のエンドプレート１２０を支持する支持台に固定されている状態である。この状態において、領域Ｒ１における複数の単セル１１２は、領域Ｒ２および領域Ｒ３における複数の単セル１１２の重さによって、圧縮された状態にある。また、領域Ｒ２における複数の単セル１１２は、領域Ｒ３における複数の単セル１１２の重さによって、圧縮された状態にある。単セル１１２の圧縮の程度は、領域Ｒ３、領域Ｒ２、領域Ｒ１の順で大きくなる（領域Ｒ１が最も圧縮されている）。換言すれば、図２におけるセル積層体１１０は、重力方向下側に向かうにつれて単セル１１２が積層されている密度が高くなっている状態である。
【００１７】
図３は、重力方向下側から第２のエンドプレート１３０を介して燃料電池スタック１００Ｐへの荷重Ｌの付与が開始されたときの状態を示した説明図である。荷重Ｌは、領域Ｒ１、領域Ｒ２および領域Ｒ３における複数の単セル１１２と第２のエンドプレート１３０との重さの合計より大きい荷重である。荷重Ｌの付与が開始されると、第２のエンドプレート１３０は重力方向上側に移動させられる。領域Ｒ１における単セル１１２は、第２のエンドプレート１３０の移動に応じて、重力方向下側の部分から順に、重力方向上側に押される。領域Ｒ１における単セル１１２は、重力方向上側に押されるにつれて、領域Ｒ２および領域Ｒ３における複数の単セル１１２の重さと荷重Ｌとにより、図２の状態のときよりも一層圧縮される。その結果、領域Ｒ１における複数の単セル１１２は、密に積層された状態となる。
【００１８】
領域Ｒ１における複数の単セル１１２が密に積層された状態となるにつれて、領域Ｒ２における複数の単セル１１２は、重力方向下側の部分から順に、重力方向上側に移動させられる。領域Ｒ２における単セル１１２は、重力方向上側に押されるにつれて、領域Ｒ３における複数の単セル１１２の重さと荷重Ｌとにより圧縮される。その結果、領域Ｒ２における複数の単セル１１２は、密に積層された状態となる。
【００１９】
図４は、領域Ｒ１および領域Ｒ２における複数の単セル１１２が密に積層された状態を示した説明図である。領域Ｒ１における複数の単セル１１２に続いて領域Ｒ２における複数の単セル１１２が密に積層された状態となるにつれて、領域Ｒ３における複数の単セル１１２は、重力方向下側の部分から順に、重力方向上側に移動させられる。領域Ｒ３における単セル１１２は、重力方向上側に押されるにつれて、支持台に固定された第１のエンドプレート１２０と荷重Ｌとにより圧縮される。その結果、領域Ｒ３における複数の単セル１１２は、密に積層された状態となる。領域Ｒ１、領域Ｒ２および領域Ｒ３における複数の単セル１１２が密に積層された状態において、第１のエンドプレート１２０および第２のエンドプレート１３０が締結部材で締結されることによって、完成品である燃料電池スタック１００が完成する。
【００２０】
以上説明した実施形態によれば、重力方向下側に向かうにつれてセル積層体１１０における単セル１１２が積層されている密度が高くなっている状態において、重力方向上側を向いた荷重Ｌをセル積層体１１０に対して重力方向下側から付与する。その結果、重力方向下側から上側に向けて、単セル１１２を密に積層された状態に順に移行させていくことができるため、単セル１１２の積層方向に対してうねりが発生することを防止できる。
【００２１】
換言すれば、以下のようにも説明できる。すなわち、第１実施形態における燃料電池スタック１００の組立方法では、セル積層体１１０における単セル１１２の疎密の分布において、単セル１１２が積層されている密度が高い領域から順に荷重が付与される。このため、単セル１１２が積層されている密度が高い領域から順に、単セル１１２を密に積層された状態に移行させられる。その結果、セル積層体１１０へ荷重を付与する際に、単セル１１２の積層方向に対してうねりが発生することを防止できる。
【００２２】
Ｂ．参考例：
図５は、参考例における燃料電池スタックの組立方法によって燃料電池スタック１００Ｐに荷重Ｌが付与されている状態を示した説明図である。参考例における燃料電池スタックの組立方法では、重力方向上側から第１のエンドプレート１２０を介して燃料電池スタック１００Ｐへ荷重Ｌが付与される。
【００２３】
図５において、セル積層体１１０が重力方向に沿って積層されているとともに、第２のエンドプレート１３０が、第２のエンドプレート１３０を支持する支持台に固定されている状態である。この状態において、領域Ｒ１における複数の単セル１１２は、領域Ｒ２および領域Ｒ３における複数の単セル１１２の重さによって、圧縮された状態にある。また、領域Ｒ３における複数の単セル１１２は、第１のエンドプレート１２０を介して荷重Ｌを付与されていることから圧縮された状態にある。このような状態において荷重Ｌが重力方向上側から加えられ続けると、セル積層体１１０のうち領域Ｒ１および領域Ｒ３における複数の単セル１１２に挟まれることによって、領域Ｒ２における複数の単セル１１２がセル積層体１１０における重力方向の中央に寄せられていく。
【００２４】
図６は、参考例における燃料電池スタックの組立方法によって単セル１１２の積層方向に対してうねりが発生した状態を示した説明図である。領域Ｒ２における複数の単セル１１２がセル積層体１１０における重力方向の中央に寄せられていく際、領域Ｒ１および領域Ｒ３における複数の単セル１１２に対して積層状態が疎である領域Ｒ２における複数の単セル１１２には、水平方向の力が発生しやすい。このため、重力方向に沿って積層された単セル１１２のうち、領域Ｒ２における複数の単セル１１２に水平方向のうねりが発生する場合がある。
【００２５】
参考例では、重力方向下側および重力方向上側の両側から単セル１１２が密に積層された状態に移行されていくため、セル積層体１１０のうち重力方向の中央寄りにおける複数の単セル１１２に水平方向のうねりが発生する場合がある。一方、第１実施形態における燃料電池スタック１００の組立方法では、重力方向下側から上側に向けて、単セル１１２を密に積層された状態に順に移行させていくため、単セル１１２の積層方向に対してうねりが発生することを防止できる。
【００２６】
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。
【符号の説明】
【００２７】
１００…燃料電池スタック
１００Ｐ…燃料電池スタック
１１０…セル積層体
１１２…単セル
１２０…第１のエンドプレート
１３０…第２のエンドプレート
Ｌ…荷重
Ｒ１…領域
Ｒ２…領域
Ｒ３…領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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