(57)【要約】【課題】衝撃を受けたときの燃料電池スタックの健全性を容易に判断する。【解決手段】燃料電池搭載車両に搭載される燃料電池スタックは、複数の単セルが積層されたセル積層体と、前記セル積層体を収納するスタックケースと、前記セル積層体の前記単セルの積層方向と平行な面に設けられ、前記積層方向と交わる方向に突き出る突起を有する突起部材とを備え、前記スタックケースは、前記燃料電池搭載車両が衝撃を受けて前記単セルが前記積層方向と交わる方向にずれて前記突起部材が前記スタックケースの方向に変形したときに、前記突起が当たることにより変形する脆弱部を有する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池搭載車両に搭載される燃料電池スタックであって、
複数の単セルが積層されたセル積層体と、
前記セル積層体を収納するスタックケースと、
前記セル積層体の前記単セルの積層方向と平行な面に設けられ、前記積層方向と交わる方向に突き出る突起を有する突起部材と
を備え、
前記スタックケースは、前記燃料電池搭載車両が衝撃を受けて前記単セルが前記積層方向と交わる方向にずれて前記突起部材が前記スタックケースの方向に変形したときに、前記突起が当たることにより変形する脆弱部を有する、
燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車両に搭載される燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車両は、電力源として燃料電池を搭載している。この燃料電池は、高電圧を発生させるため、単セルが積層されている。燃料電池車両が衝突等により衝撃を受けると、積層された単セルがずれて健全性を損なう場合がある。特許文献１には、燃料電池スタックの健全性を確認する方法が記載されている。特許文献１では、燃料電池スタックを収納するケースにピンを取り付け、スタック積層体にはピンと接触すると発色するマーカを設けておき、ピンの先をケースに設けた窓を通して、ケースの内部のマーカに接触しない位置に挿入しておく。燃料電池スタックが衝撃を受けると、ピンがマーカに接触し、マーカが発色する。この発色の有無で健全性が損なわれているか、否かを判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１１１９５６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では、窓を通して発色を見るため、結露や汚れが生じると、マーカの発色を正確に判断できず、燃料電池スタックの健全性が維持されているか否かの判断が難しい場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題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、燃料電池スタックが提供される。この燃料電池スタックは、複数の単セルが積層されたセル積層体と、前記セル積層体を収納するスタックケースと、前記セル積層体の前記単セルの積層方向と平行な面に設けられ、前記積層方向と交わる方向に突き出る突起を有する突起部材とを備え、前記スタックケースは、前記燃料電池搭載車両が衝撃を受けて前記単セルが前記積層方向と交わる方向にずれて前記突起部材が前記スタックケースの方向に変形したときに、前記突起が当たることにより変形する脆弱部を有する。
この形態によれば、脆弱部が変形しているか否かにより、燃料電池スタックの健全性が維持されているか否かを判断できる。
【０００７】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池スタックの他燃料電池車両の種々の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】燃料電池スタックの外観を模式的に示す斜視図である。
【図２】燃料電池スタックを単セルの積層方向と平行な中心軸を通るｘｚ平面で切った時の断面図である。
【図３】セル積層体のほぼ中央の単セルがずれた状態を示す説明図である。
【図４】セル積層体のエンドプレートと反対側の単セルがずれた状態を示す説明図である。
【図５】セル積層体のエンドプレート近傍の単セルがずれた状態を示す説明図である。
【図６】単セルのずれを検知する機構を示す説明図である。
【図７】単セルのずれにより突起部材の突起が脆弱部を破断させた状態を示す説明図である。
【図８】単セルのずれにより突起部材の突起が脆弱部を変形させた状態を示す説明図である。
【図９】脆弱部をスタックケースと異なる材料で構成した実施形態を示す説明図である。
【図１０】突起の形状を変えた実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、燃料電池スタック１０の外観を模式的に示す斜視図である。燃料電池スタック１０は、燃料電池車両（図示せず）に搭載され、その電力源として用いられる部材である。燃料電池スタック１０は、セル積層体（図１では図示せず）と、セル積層体の端部に設けられているエンドプレート４０と、スタックケース３０とを備える。スタックケース３０は、略直方体形状であり、単セルの積層方向と平行な４つの面には、積層方向と平行な辺の近傍に脆弱部３５が設けられている。具体的には、スタックケース３０の積層方向と平行な辺に沿って、中央近傍と、エンドプレート４０近傍の端部近傍と、エンドプレート４０と反対側の端部近傍に設けられている。脆弱部３５は、スタックケース３０の他の部分よりも強度が弱い部分である。脆弱部３５の構造等については、後述する。エンドプレート４０は、セル積層体に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水を供給するためのマニホールドが接続されるプレートである。
【００１０】
図２は、燃料電池スタック１０を単セル２０の積層方向と平行な中心軸Ｏを通るｘｚ平面で切った時の断面図である。単セル２０は、複数個積層されて、セル積層体２２を形成している。セル積層体２２は、スタックケース３０に収納されている。スタックケース３０は、１つの面が開口した略直方体形状を有している。セル積層体２２のスタックケース３０に覆われていない一方の端部には、エンドプレート４０が配置されている。セル積層体２２は、スタックケース３０と、エンドプレート４０によって、６つの面が覆われている。セル積層体２２の積層方向と平行な４つの辺の近傍には、外部拘束材２４が配置されている。外部拘束材２４は、エポキシ樹脂などの樹脂部材やシリコンゴム等で形成されており、セル積層体２２に含まれる各単セル２０の動きを抑制するための拘束機能、及び、セル積層体２２に対する衝撃や振動を抑制し、耐衝撃性や耐振動性を高めるための緩衝機能を発揮する。
【００１１】
図３は、セル積層体２２のほぼ中央の単セル２０がずれた状態を示す説明図である。図４は、セル積層体２２のエンドプレート４０と反対側の単セル２０がずれた状態を示す説明図である。図５は、セル積層体２２のエンドプレート４０近傍の単セルがずれた状態を示す説明図である。燃料電池車両に衝突などの大きな衝撃、特にｙ方向あるいはｚ方向に大きな衝撃が掛かると、燃料電池スタック１０の内部のセル積層体２２に大きな加速度が掛かり、単セル２０がずれる場合がある。単セル２０がずれると、単セル２０間のシールが損なわれ、反応ガスや冷却水のリークを引き起こすおそれがある。この場合、燃料電池スタック１０の燃料電池車両の搭載位置、搭載方向、衝撃の方向により、ずれ易い単セル２０の位置が変わる。一般的には、セル積層体２２は、積層方向の両側から締結力が加えられているため、図３に示す様に、積層方向の略中央の単セル２０がずれ易い。また、セル積層体２２の積層方向両端は、スタックケース３０に固定されていないため、図４、図５に示す様に、積層方向の両端の単セル２０がずれ易い。したがって、このようなずれやすい位置に単セル２０のずれを検知する機構を設けることが好ましい。
【００１２】
図６は、単セル２０のずれを検知する機構を示す説明図であり、図１のＶＩ軸を通るｘｚ平面と平行な面切った時の断面図である。この部分において、燃料電池スタック１０は、単セル２０のずれを検知する機構として、突起部材２６と脆弱部３５を有している。脆弱部３５は、スタックケース３０に設けられ、スタックケース３０の脆弱部３５以外の部分よりも弱い部分である。脆弱部３５は、例えばスタックケース３０の他の部分よりも薄肉に形成されている。外部拘束材２４のスタックケース３０の脆弱部３５側には、突起部材２６が配置されており、突起部材２６は、脆弱部３５に突き出る突起２８を備えている。突起２８と脆弱部３５との間は、ある程度の間隔が設けられている。この間隔の大きさは、燃料電池車両の走行時の振動や、急加速、急停止程度の加速力では、突起２８と脆弱部３５とが接触しない程度の間隔である。
【００１３】
図７は、単セル２０のずれにより突起部材２６の突起２８が脆弱部３５を破断させた状態を示す説明図である。図８は、単セル２０のずれにより突起部材２６の突起２８が脆弱部３５を変形させた状態を示す説明図である。単セル２０に外部拘束材２４で拘束できる以上の力が加わった時には、単セル２０がずれ、突起部材２６の突起２８が脆弱部３５に接触し、脆弱部３５を破断あるいは変形させる。破断は、変形の程度が大きくなったときに生じる態様であり、変形の一種である。脆弱部３５に変形あるいは破断が生じていれば、サービスマンは、セル積層体２２の単セル２０にずれが生じ、燃料電池スタックの健全性が損なわれていると判断することができる。かかる場合には、サービスマンは、セル積層体２２を交換するなどの対応が可能となる。図６〜図８では、セル積層体２２の積層方向の略中央を例にとって説明したが、積層方向の両端についても同様である。
【００１４】
以上、本実施形態によれば、セル積層体２２は、単セル２０の積層方向と平行な面に設けられ、積層方向と交わる方向に突き出る突起２８を有する突起部材２６とを有し、スタックケース３０は、燃料電池搭載車両が衝撃を受けて単セル２０が積層方向と交わる方向にずれて突起部材２６がスタックケース３０方向に変形したときに、突起２８が当たることにより変形する脆弱部３５を有するので、脆弱部３５の変形（あるいは破断）から単セル２０がずれたか否か、ずなわち、燃料電池スタック１０の健全性が維持されているか否かが、判断可能である。
【００１５】
図９は、脆弱部をスタックケース３０と異なる材料で構成した実施形態を示す説明図である。上記実施形態では、脆弱部３５を他の部分よりも薄肉に形成しているが、薄肉にする代わりに、スタックケース３０の他の部分や突起部材２６よりも、硬度の低い部材で脆弱部３６を形成しても良い。例えば、突起部材２６を鉄あるいはその合金で形成し、スタックケースをアルミニウムで形成し、脆弱部３５を、樹脂など、突起部材２６を構成する材料よりもビッカース硬度の低い部材で形成しても良い。
【００１６】
図１０は、突起２８の形状を変えた実施形態を示す説明図である。上記実施形態では、突起２８の形状については単に突起として説明したが、例えば、円錐形状である。一方、図１０の例では、突起２８の形状を円柱形としている。突起２８の形状については、円錐形状、円柱形状の他、円錐台形状、角錐形状、角錐台形状、楔形状、砲弾形状、角柱など、様々な形状を採用可能である。なお、脆弱部３５と接触する突起２８の先端が細い方が、脆弱部３５に掛かる圧力が大きく応力が集中するため、脆弱部３５を変形させ易い。従って、突起２８の先端を細くすることが好ましい。
【００１７】
上記実施形態では、突起部材２６は、突起２８を１つ備えるものあったが、突起２８を複数備えても良い。この場合、突起２８の高さ（突起２８と脆弱部３５との間隔）を変えても良い。脆弱部３５の変形の程度により衝撃の強さを判断できる。
【００１８】
上記実施形態では、脆弱部３５は、スタックケース３０の表面側が凹む構成であったが、スタックケース３０の内面側が凹む構成であってもよい。同様に脆弱部３５を他の部分よりも弱くできる。
【００１９】
本発明は、上述の実施形態や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、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又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】
【００２０】
１０…燃料電池スタック
２０…単セル
２２…セル積層体
２４…外部拘束材
２６…突起部材
２８…突起
３０…スタックケース
３５…脆弱部
３６…脆弱部
４０…エンドプレート
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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