(57)【要約】【課題】燃料電池車両に縦置きの状態（セル積層方向を当該車両の前後方向に一致させた状態）で搭載するのに好適な構造とする。【解決手段】セル２が積層されてなるセル積層体３と、該セル積層体３の端部に配置されるエンドプレート７と、セル積層体３にて生じる電力を取り出すための出力端子５ａ付きのターミナルプレートと、を含む構成の燃料電池１であり、出力端子５ａに接続されている出力ケーブル１１が、エンドプレート７よりもセル積層体３寄りの位置から当該セル積層体３のセル積層方向側方へと引き出され、尚かつエンドプレート７により保護されている。エンドプレート７には、出力ケーブル１１を保護するための保護壁７ａが形成されている。出力ケーブル１１は保護壁７ａの内側壁面に沿って配線されていることが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の端部に配置されるエンドプレートと、前記セル積層体にて生じる電力を取り出すための出力端子付きのターミナルプレートと、を含む構成の燃料電池において、
前記ターミナルプレートの前記出力端子に接続されている出力ケーブルが、前記エンドプレートよりも前記セル積層体寄りの位置から当該セル積層体のセル積層方向側方へと引き出され、尚かつ前記エンドプレートにより保護されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記エンドプレートに、前記出力ケーブルを保護するための保護壁が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記出力ケーブルが、前記保護壁の内側壁面に沿って配線されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記出力ケーブルが、前記ターミナルプレートの前記出力端子とリレーとを接続するケーブルであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項５】
複数の前記リレーが互いに横に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記出力ケーブルを覆うように前記セル積層体のセル積層方向側方に板状部材が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記ターミナルプレートの前記出力端子が前記板状部材によって覆われる位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記セル積層体のセル積層方向を当該車両の前後方向に一致させた状態で燃料電池車両に搭載されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。さらに詳述すると、本発明は燃料電池の構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池（例えば高分子電解質形燃料電池）は電解質をセパレータで挟んだセルを複数積層することによって構成されている。このようにセルが積層されることによって構成されるセル積層体（セルスタック）には、その積層方向端部に出力端子付きのターミナルプレート（集電板）が設けられ、さらにその外側にエンドプレートが設けられているものがある。さらに、このような構造の燃料電池として、ターミナルプレートの出力端子がエンドプレートを貫通するように配置されているもの（例えば特許文献１参照）、リレーと出力端子とがフレキシブルバスバーによって接続されているもの（例えば特許文献２参照）などが開示されている。また、このような構造の燃料電池が搭載された燃料電池車両も開示されている。
【特許文献１】特開２００４−５５３８４号公報
【特許文献２】特開２００２−３６２１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、かかる構造の燃料電池は、車両への搭載の仕方によってはケーブルが長くなりすぎる等の不利点を内包するものである。すなわち、車両に搭載される燃料電池の多くはセル積層方向を当該車両の幅方向に一致させたいわば横置きの状態で搭載されているが、これを縦置き（セル積層方向を当該車両の前後方向に一致させた状態）で搭載しようとすると出力ケーブルを長く引き回さなければならなくなることがあり、縦置き搭載する場合の課題の一つとなりうる。
【０００４】
そこで、本発明は、燃料電池車両に縦置きの状態（セル積層方向を当該車両の前後方向に一致させた状態）で搭載するのに好適な構造の燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。燃料電池の搭載方法を横置きから縦置きに変更する場合（すなわち、セル積層体のセル積層方向を車両幅方向から９０℃回転させて車両前後方向に一致させる場合）、ターミナルプレートやその出力端子の位置も９０°回転した位置になり、例えば車両右側を向いていたものが車両前方を向く位置になる。ところが、燃料電池の出力ケーブルが接続されるリレーについては、例えば前方衝突（前突）時における安全性確保等の観点からすると車両前方に配置することが難しいため燃料電池と同様に９０°回転させることができず、現状の位置（出力端子近傍であった例えば車両右側の位置）に残したままとせざるを得ない。そうすると、出力端子とリレーとを繋ぐ出力ケーブルが必然的に長くなるから、高電圧部品の一つである出力ケーブルをこのように長く引き回すことについて配慮しなければならなくなる。構造に着目しつつこの点についてさらに検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。
【０００６】
本発明はかかる知見に基づくもので、セルが積層されてなるセル積層体と、該セル積層体の端部に配置されるエンドプレートと、前記セル積層体にて生じる電力を取り出すための出力端子付きのターミナルプレートと、を含む構成の燃料電池において、前記ターミナルプレートの前記出力端子に接続されている出力ケーブルが、前記エンドプレートよりも前記セル積層体寄りの位置から当該セル積層体のセル積層方向側方へと引き出され、尚かつ前記エンドプレートにより保護されていることを特徴とするものである。
【０００７】
この燃料電池では、出力端子に接続されている出力ケーブル（例えば前記ターミナルプレートの前記出力端子とリレーとを接続するケーブル）が、エンドプレートよりもセル積層体寄りの位置から当該セル積層体のセル積層方向側方へまで引き回されている。また、このように長く引き回されている出力ケーブルは、セル積層体の端部に配置されているエンドプレートによって保護されている。このため、当該燃料電池を車両に縦置きの状態（セル積層方向を当該車両の前後方向に一致させた状態）で搭載した場合に、高電圧部品の一つである出力ケーブルが長くなったとしても当該出力ケーブルを保護された状態とすることができるからこのような縦置きに好適である。
【０００８】
このような燃料電池において、前記エンドプレートに、前記出力ケーブルを保護するための保護壁が形成されていることが好ましい。この場合、前記出力ケーブルが、前記保護壁の内側壁面に沿って配線されていることがさらに好ましい。かかる保護壁は、高電圧部品の一つである出力ケーブルを保護するように機能する。
【０００９】
出力ケーブルの長さをできるだけ短くするという点からは、複数の前記リレーが互いに横に配置されていることが好ましい。また、前記出力ケーブルを覆うように前記セル積層体のセル積層方向側方に板状部材が設けられていることも好ましい。さらには、前記ターミナルプレートの前記出力端子が前記板状部材によって覆われる位置に配置されていることも好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料電池車両に縦置きの状態（セル積層方向を当該車両の前後方向に一致させた状態）で搭載するのに好適な構造の燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１〜図４に本発明にかかる燃料電池の実施形態を示す。本実施形態の燃料電池１は、セル２が積層されてなるセル積層体３と、該セル積層体３の端部に配置されるエンドプレート７と、セル積層体３にて生じる電力を取り出すための出力端子５ａ付きのターミナルプレート５と、を含む構成のものである。また、この燃料電池１においては、ターミナルプレート５の出力端子５ａに接続されている出力ケーブル１１が、エンドプレート７よりもセル積層体３寄りの位置から当該セル積層体３のセル積層方向側方へと引き出され、尚かつエンドプレート７により保護されている。以下においては、まず燃料電池１を構成するセル積層体３等の構成について説明し、その後、出力ケーブル１１を保護するための構造について説明することとする。
【００１３】
図１、図２に本実施形態における燃料電池１の概略構成を示す。なお、このような燃料電池１は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムにおいて利用可能なものであるがこれに限られることはなく、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の発電システムにおいても利用することが可能である。
【００１４】
燃料電池１は、複数のセル（以下、発電セルともいう）２が積層されてなるセル積層体（セルスタック）３を備えているもので、当該セル積層体３の両端に位置する端セル２の積層方向外側には、出力端子５ａ付のターミナルプレート５、インシュレータ（絶縁プレート）６およびエンドプレート７がさらに設けられている。セル積層体３に対しては、両エンドプレート７をつなぐように架け渡されたテンションプレート８によって積層方向への所定の圧縮力が加えられている。さらに、セル積層体３の一端側のエンドプレート７とインシュレータ６との間にはプレッシャプレート９とばね機構９ａとが設けられており、発電セル２に作用する荷重の変動が吸収されるようになっている。
【００１５】
発電セル２は、イオン交換膜からなる電解質膜およびこれを両面から挟んだ一対の電極からなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ；Membrane Electrode Assembly）と、この膜−電極アッセンブリを外側から挟持する一対のセパレータと、で構成されている。セパレータは例えば金属を基材とする導通体であり、各電極に空気等の酸化ガスおよび水素ガス等の燃料ガスを供給するための流体流路を有し、互いに隣接する発電セル２に供給される異種流体の混合を遮断する役割を果たす。かかる構成により、発電セル２の膜−電極アッセンブリ内において電気化学反応が生じて起電力が得られることとなる。なお、この電気化学反応は発熱反応であることから、セパレータには燃料電池冷却用の冷媒（例えば冷却水）を流すための流体流路が設けられている。
【００１６】
さらに、当該セパレータの例えば両端には、酸化ガス、燃料ガス、冷媒のそれぞれをセル積層方向に流すためのマニホールド（酸化ガスマニホールド、燃料ガスマニホールド、冷媒マニホールド）が形成されている（図示せず）。本実施形態の燃料電池１において、各流体（酸化ガス、燃料ガス、冷媒）は当該燃料電池１の一端にあるエンドプレート７に設けられた各流体供給用の配管（図示せず）から入口側の各マニホールドに供給され、各セル２のセパレータに設けられた各流体流路を流れる。さらに、各流体は出口側の各マニホールドから燃料電池１の他端にあるエンドプレート７に設けられた各流体排出用の配管（図示せず）へと排出される。
【００１７】
断熱セル４は例えば２枚のセパレータとシール部材とで断熱層が形成されているもので、発電に伴い生じる熱が大気等に放熱されるのを抑える役割を果たす。すなわち、一般に、セル積層体３の端部は大気との熱交換により温度が低くなりやすいことから、当該セル積層体３の端部に断熱層を形成することによって熱交換（放熱）を抑えることが行われている。このような断熱層としては、例えば、発電セル２におけるものと同様の一対のセパレータに、膜−電極アッセンブリの代わりとして導電板などの断熱部材１０を挟み込んだ構成のものがある（図２参照）。この場合に用いられる断熱部材１０は断熱性に優れるほど好適であり、具体的には例えば導電性多孔質シートなどが用いられる。
【００１８】
なお、シール部材には、隣接する部材（例えばセパレータ）との物理的な密着により流体を封止する弾性体（ガスケット）や、隣接する部材との化学的な結合により接着する接着剤などを用いることができる。例えば本実施形態ではシール部材として弾性により物理的にシールする部材を採用しているが、この代わりに上述した接着剤のような化学結合によってシールする部材を採用することもできる。ただし具体例がこのようなものに特に限定されることはなく、これ以外にも例えばシーラントと呼ばれるシール部材はもちろんのこと、ゲル状の封止材や液状パッキンなどを用いることも可能である。
【００１９】
ターミナルプレート５は集電板として機能する部材であり、例えば鉄、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属で板状に形成されている。ターミナルプレート５のうち断熱セル４側の表面には、めっき処理等の表面処理が施されており、かかる表面処理により断熱セル４との接触抵抗が確保されている。めっきとしては、金、銀、アルミ、ニッケル、亜鉛、すず等を挙げることができ、例えば本実施形態では導電性、加工性および低廉性を勘案してすずめっき処理を施している。
【００２０】
インシュレータ６は、ターミナルプレート５とエンドプレート７とを電気的に絶縁する機能を果たす部材である。このような機能を果たすため、かかるインシュレータ６は例えばポリカーボネートなどの樹脂材料により板状に形成されている。また、インシュレータ６の材料として耐熱性に優れるエンジニアリングプラスチックを採用した場合には堅牢性の面でも有利であるし、また燃料電池１の軽量化を図るうえでも好適である。
【００２１】
エンドプレート７は、ターミナルプレート５と同様、各種金属（鉄、ステンレス、銅、アルミニウム等）で板状に形成されている。例えば本実施形態では銅を用いてこのエンドプレート７を形成しているがこれは一例に過ぎず、他の金属で形成されていても構わない。
【００２２】
続いて、燃料電池１における出力ケーブル１１を保護するための構造を中心に説明する。ここでは、２つのセル積層体が並列に配置されてなる燃料電池１を例示して説明する（図３、図４参照）。なお、図３（および図５）中の符号Ｆｒは燃料電池１が車両に搭載された場合の当該車両の前方向（進行方向）を示している。
【００２３】
上述したように、本実施形態の燃料電池１においては、ターミナルプレート５の出力端子５ａに接続されている出力ケーブル１１が、エンドプレート７よりもセル積層体３寄りの位置から当該セル積層体３のセル積層方向側方へと引き出されている。例えば本実施形態の出力ケーブル１１はターミナルプレート５の出力端子５ａとリレー１４とを接続しているケーブルであり、２個の出力端子５ａに対して１本ずつ計２本が設けられている（図３参照９。より具体的に説明すると、本実施形態の出力ケーブル１１はエンドプレート７よりもセル積層体３寄りの位置から当該セル積層体３のセル積層方向側方へと引き出され、セル積層体３の側部に配置されたリレー１４に接続されている（図３参照）。
【００２４】
また、このように出力端子５ａとリレー１４とを接続している本実施形態の出力ケーブル１１は、エンドプレート７によって保護されている。この場合における保護の具体的な態様は特に限定されるものではないが、例えば本実施形態ではエンドプレート７に保護壁７ａを形成し、当該保護壁７ａによって出力ケーブル１１を保護することとしている。この保護壁７ａは出力端子５ａが設けられている側のエンドプレート７の縁に突出するように設けられているもので、少なくとも出力ケーブル１１より高くなるように形成されていることが好ましい（図４参照）。本実施形態においては出力ケーブル１１をこの保護壁７ａの内側壁面に沿うように配線しており、当該出力ケーブル１１が他の機器に接触するのを回避していることはもちろん、他機器との絶縁距離も確保できるようにしている。
【００２５】
さらに本実施形態では、セル積層体３のセル積層方向側方に設けられた基板１２によってさらに出力ケーブル１１を覆うようにしている。この基板１２はカラー１３を挟み込んだ状態でセル積層体３のセル積層方向側方に設けられており、少なくともその一部で出力ケーブル１１および出力端子５ａを覆うように配置されている（図３、図４参照）。なお、ここで説明した基板１２は出力ケーブル１１を覆うようにセル積層体３のセル積層方向側方に設けられる板状部材の一例であり、このような基板１２以外の部材によって出力ケーブル１１を覆うようにしてももちろん構わない。
【００２６】
以上のように構成された本実施形態の燃料電池１は、燃料電池車両に縦置きの状態（セル積層方向を当該車両の前後方向に一致させた状態）で搭載するのに好適である。すなわち、従来構造の燃料電池（図５において符号に’を付けて示す）１’はセル積層方向を車両の幅方向に一致させたいわば横置きの状態で搭載されており、この場合には出力端子５ａ’とリレー１４’とが互いに近くに配置されるから出力ケーブル１１’が短くて済んでいる（図５参照）。これに対し、燃料電池１を車両に縦置きしようとすれば上述したとおり出力ケーブル１１を長く引き回す必要が生じるが、本実施形態の燃料電池１においては高電圧部品の一つである当該出力ケーブル１１をエンドプレート７に形成した保護壁７ａさらには別途設けた基板１２によって囲うようにして保護することとしているため、このように長い出力ケーブル１１を引き回しても問題がない。加えて、出力端子５ａが基板１２の下部に配置された構成となっているため、例えば車両の前方衝突（前突）時に燃料電池１の一部（例えばケース）が潰れたような場合にも当該出力ケーブル１１を保護することが可能である。このように、本実施形態の燃料電池１は車両に縦置きする場合に生じる課題を克服しうるものであり車両への搭載方法のバリエーションを増やしうる点で好適である。
【００２７】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれ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いて種々変形実施可能である。例えば本実施形態では２個のリレー１４の配置について特に詳しく言及はしなかったが、出力ケーブル１１を極力短くするという観点からすればこれら２個のリレー１４を同じ高さとなるように横に配置することも好ましい（図３参照）。すなわち、従来の場合には一般的に上下に配置されているこれら２個のリレー１４を横に配置すれば出力ケーブル１１の長さをその分だけ短くすることが可能となるから、コストや重量を低下させうる点でも好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態における燃料電池の構造例を示す側面図である。
【図２】図１においてIIで示す範囲を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す燃料電池の斜視図である。
【図４】図３のIV-IV線における断面図である。
【図５】従来の燃料電池を参考として示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…燃料電池、２…セル、３…セル積層体、５…ターミナルプレート、５ａ…出力端子、７…エンドプレート、７ａ…保護壁、１１…出力ケーブル、１２…基板（板状部材）、１４…リレー
【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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