(57)【要約】【課題】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。【解決手段】燃料電池スタック１０と、その燃料電池スタック１０を収容する筐体２０とを備えた燃料電池モジュール１００。筐体２０は、隔壁２３と、隔壁１３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。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。【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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３０１９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【発明の効果】
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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２】図１に示す燃料電池モジュールの斜視図。
【図３】図１に示す燃料電池モジュールの断面図。
【図４】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５】図４に示す燃料電池モジュールの側面図。
【図６】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７】図６に示す燃料電池モジュールの正面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
［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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
【表１】
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【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
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
【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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