(57)【要約】【課題】車両の衝突による衝突エネルギーを吸収する燃料電池スタックを提供する。【解決手段】本発明による燃料電池スタック１は、解除機構６０を備えた締め付けボルト３により一体に保持されている。この解除機構６０は、車両の衝突時に、エンドプレート２と燃料電池セル９の拘束を解除し、燃料電池スタック１の分解を促進する。燃料電池セル９は変形することにより、衝突物２０の運動エネルギーを吸収する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のサイドメンバに支持された燃料電池スタックにおいて、
２枚のエンドプレートと、
前記エンドプレートの間に積層された多数の燃料電池セルと、
前記積層された多数の燃料電池セルを前記エンドプレートの間に拘束する部材とを備え、
前記拘束部材に、前記車両の衝突に伴う衝撃により、前記燃料電池セルの拘束を解除する機構を設けたことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記解除機構は、一方向に開口したフックであり、前記フックは衝撃が加わると変形して前記拘束部材から脱落して拘束を解除することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記燃料電池スタックは、前記拘束解除時でも、前記燃料電池セルの衝突反対側を開かないように拘束し続ける部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記拘束部材解除時に前記エンドプレートの衝突側が自在に開くように、前記両方のサイドメンバと燃料電池スタックを衝突反対側で互いに結合する構造を備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記燃料電池セルの積層方向が車両の進行方向に対して直交、または、傾きを有するように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記エンドプレートの間に圧縮されて配置された弾性体を備え、前記弾性体は、前記拘束解除時に、前記燃料電池セル間に隙間を生じさせるように前記エンドプレートを押し開くことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記解除機構は、衝突による車体または車両の部品の変位を前記フックに伝達し、前記フックを前記部材から外すような連動機構を備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記解除機構は、衝突による加速度を検出するセンサと前記フックに力を付与するアクチュエータを備え、前記センサが衝突を検出したとき、前記アクチェエータは前記フックを前記拘束部材から外すことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は衝突のエネルギーを吸収する燃料電池の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平８−１９２６３９は燃料電池スタックを搭載した車両が衝突時に受ける衝撃を吸収する車両の構造を開示している。この車両の構造では、燃料電池スタックを収納するケースが所定方向に屈曲して衝突による圧縮力を吸収するようにサイドフレームが形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術の燃料電池スタックでは、２枚のエンドプレートの間に積層された多数の燃料電池セルはボルトにより強固に保持されている。このため、この燃料電池スタックは一つの剛体を形成し、車両の衝突時に、衝撃吸収部材として機能しない。
【０００４】
したがって、本発明の目的は車両の衝突による衝撃を吸収する燃料電池スタックを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
車両のサイドメンバに支持された燃料電池スタックは、２枚のエンドプレート、エンドプレートの間に積層された多数の燃料電池セル、積層された多数の燃料電池セルをエンドプレートの間に拘束する部材とを備える。拘束部材には、車両の衝突に伴う衝撃により、燃料電池セルの拘束を解除する機構を設けた。
【０００６】
【発明の効果】
燃料電池セルの拘束部材に解除機構を設けたことにより、燃料電池セルの間に間隙を生じさせ、燃料電池セルをつぶし易くする。これにより、衝突物の衝突エネルギーを吸収する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、燃料電池スタック１は２枚のエンドプレート２、エンドプレート２の間に積層された多数の燃料電池セル９、およびエンドプレート２と燃料電池セル９を束ねて締め付けるボルト３を備える。
【０００８】
燃料電池スタック１の両端にはエンドプレート２が配置され、エンドプレート２の間に挟まれた燃料電池セル９は双方のエンドプレート２で押さえつけられるように、拘束部材である締め付けボルト３により締め付けられる。各エンドプレート２には締め付けボルト３が通るボルト穴１０が設けられ、締め付けボルト３は２箇所のボルト穴１０を通して位置決めされる。ボルト穴１０から突出した締め付けボルト３の端部３ａには、フック４を挟んでナット１１がねじ込まれる。所定の締め付け圧力に締め付けられた締め付けボルト３は、燃料電池セル９間からガスが漏れないように、燃料電池セル９を与圧する。この締め付けボルト３の本数および取り付け位置は、図１に示した本数および取り付け位置に限定されず、燃料電池スタック１のサイズ等により変化する。
【０００９】
フック４は、図２に示すように、一方が開口したコの字型に形成される。この開口形状により、フック４の強度が低下し、車両が衝突した衝撃でフック４は締め付けボルト３から外れる。締め付けボルト３の端部３ａは締め付けボルト３よりも小径であり、ここにねじ込まれるナット１１の直径はボルト穴１０の直径よりも小さくなるように形成される。したがって、締め付けボルト３の締め付け力がフック４とエンドプレート２との接触面のみから伝達される。衝撃によりフック４が外れたとき、締め付けボルト３は締め付け力をエンドプレート２に伝達する部分を失い、エンドプレート２と燃料電池セル９を締め付け力から解放する。したがって、このフック４は車両の衝突などによる大きな衝撃が加わったとき、締め付けボルト３による拘束を解除する機構である。
【００１０】
この燃料電池スタック１は、燃料電池セル９の積層方向が車両の幅方向となるように、車両のフロントコンパートメントに収納される。従来のガソリンエンジンを支持するマウントと同一の構造を持つ搭載マウント８は、前部にバンパー６を備えるサイドメンバ５に剛的に結合される。搭載マウント８は燃料電池スタック１の両端のエンドプレート２をその上で支持する。燃料電池スタック１はこの搭載マウント８を介して、車両の左右のサイドメンバ５と結合している。燃料電池スタック１は燃料電池セル９の積層方向が車両の前後方向、即ち車両の進行方向、と直交するように搭載される。
【００１１】
燃料電池スタック１の後方で、サイドメンバ５から車両の中心方向に突出した燃料電池支持点７は、燃料電池スタック１を後方から支持する。燃料電池支持点７は燃料電池スタック１に前方から圧縮力が加わったとき、燃料電池スタック１のエンドプレート２に反力を付与し、燃料電池スタック１が後方に移動しないようにする。
【００１２】
ここで、図３を参照して、車両に衝突物２０が衝突したときの燃料電池スタック１の変形を説明する。図３Ａに示すように、衝突物２０がバンパー６にぶつかった直後では、衝突による圧縮力がサイドメンバ５に加えられ、サイドメンバ５の前部は変形する。この衝突により燃料電池スタック１に衝撃が加わると、強度的に最も弱いフック４が変形して締め付けボルト３から外れる。そうなると、エンドプレート２および燃料電池セル９は締め付けボルト３による拘束から解放され、各燃料電池セル９の間に隙間が生じる。
【００１３】
図３Ｂに示すように、衝突物２０が燃料電池スタック１まで進入すると、各燃料電池セル９は潰れ、衝突物２０の衝突エネルギーを吸収する。
【００１４】
各燃料電池セル９が密着した状態では、燃料電池セル９は一つの剛体の塊となるため、潰れにくい。これに対し、燃料電池セル９が屈曲できる間隙があると、燃料電池セル９は潰れやすくなる。したがって、衝撃により締め付けによる拘束を解除することで、各燃料電池セル９間に隙間を生じさせ、燃料電池セル９を潰しやすくし、衝突物を受け止めやすくする。
【００１５】
このように、燃料電池セルを拘束する部材に解除機構を設けることで、車両の衝突による圧縮力を燃料電池セルで吸収し、乗員側に衝撃が伝達されないようにすることができる。
【００１６】
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。この実施形態によると、燃料電池スタック１は第１の実施形態に加え、衝突時でも燃料電池セル９とエンドプレート２を保持しつづける部材であるブラケット１５を備える。
【００１７】
この実施形態による燃料電池セル９は、一方の端部から長手方向に突出したアーム１６とアーム１６の端部に取り付けられたローラー１７を備える。ブラケット１５にはこのローラー１７を収容するレール１９を備え、燃料電池セル９がローラー１７を中心として自在に回転できるように、ローラー１７はこのレール１９の間に通される。
【００１８】
ブラケット１５は両端にヒンジ部４１を備え、ヒンジ部４１はエンドプレート２をヒンジ部４１を中心として回転自在に保持する。また、ヒンジ部４１はバネ１８を備え、このバネ１８は各燃料電池セル９を圧着させるため、エンドプレート２を与圧する。これにより、衝突時でも、燃料電池スタック１の後部ではエンドプレート２および燃料電池セル９が積層方向に分解しない。
【００１９】
ここで、燃料電池スタック１の衝突が加わる側を、以下、自由端４０と呼ぶ。締め付けボルト３は、自由端４０が開かないように燃料電池セル９をエンドプレート２の間で拘束するため、自由端４０付近に取り付けられる。締め付けボルト３にはエンドプレート２とナット１１の間にバネ３０、ワッシャ３１、およびフック４を介装する。
【００２０】
燃料電池スタック１は自由端４０が車両の前方を向くように設置されている。この実施形態によると、燃料電池スタック１は搭載マウント８の代わりにヒンジ部４１で結合されたマウント取り付け部４５で支持される。したがって、エンドプレート２は搭載マウント８により拘束されず、拘束が解除されたとき、左右方向に自在に回転することができる。
【００２１】
燃料電池スタック１に衝突物２０が衝突したとき、その衝撃により締め付けボルト３のフック４が外れ、自由端４０が締め付けボルト３の拘束から解放される。同時に、燃料電池スタック１のエンドプレート２はヒンジ部４１を中心に外側に開き、各燃料電池セル９の間に間隙を生み出す。各燃料電池セル９はローラー１７を中心に回転可能なため、衝突物２０の進入方向に対して同軸上に潰れず、斜めとなるように潰れる。そうすると、燃料電池セル９は潰れやすくなり、より大きな衝突エネルギーを吸収できる。
【００２２】
この実施形態では、図５に示すように、車両の進行方向に対して燃料電池セル９の積層方向を傾かせて設置することもできる。図６および図７に示すように、燃料電池セル９を傾かせて配置することにより、燃料電池セル９は衝突物２０と斜めに衝突する。したがって、燃料電池セル９は潰れやすくなり、衝突エネルギーをより多く吸収できる。
【００２３】
このように燃料電池セルの衝突反対側を拘束しつづける部材を設けることで、燃料電池セルを潰す方向を制御し、潰れを促進できる。
【００２４】
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。この実施形態によると、燃料電池スタック１は第２の実施形態に加え、衝突時に自由端４０を開くように内部から助勢する弾性体としての助勢スプリング５０を備える。助勢スプリング５０は締め付けボルト３と平行に圧縮された状態でエンドプレート２との間に垂直に配置される。
【００２５】
図９Ｂに示すように、衝突物２０が燃料電池スタック１に衝突したとき、締め付けボルト３のフック４が外れ、自由端４０が拘束から解放される。圧縮されていた助勢スプリング５０は、図９Ｃで示すように、自由端４０を強制的に開くように両端のエンドプレート２を外側に押し開く。これにより、燃料電池セル９間に間隙を生じさせ、燃料電池セル９が潰れやすくする。したがって、衝撃エネルギーをより多く吸収することが可能となる。
【００２６】
このように弾性部材で自由端４０を強制的に開くことにより、衝突物を受け入れやすくし、燃料電池セル９間に間隙を生じさせ、衝撃エネルギーをより多く吸収することができる。
【００２７】
次に、図１０を参照して、本発明の第４の実施形態を説明する。この実施形態によると、燃料電池スタック１は締め付けボルト３の解除機構６０として、フック４と連動するワイヤ６１を備える。このワイヤ６１は、一端が車体の所定の取付部材６３に連結され、途中に滑車６６を介し、他端がフック４の開口側と反対側に連結される。取付部材６３はコンパートメント内の他の部品の配置位置により異なる。ワイヤ６１は所定の張力で張られ、燃料電池スタック１の前に配置され車体側に結合されたラジエターなどの部材６２と接している。
【００２８】
車両の衝突により、燃料電池スタック１の前に配置された部材６２がワイヤ６１を押すように燃料電池スタック１側に移動したとき、ワイヤ６１に過剰な張力が加わり、フック４が締め付けボルト３から外れる。これにより、燃料電池スタック１は分解されやすくなり、燃料電池セル９の潰れによる衝撃エネルギーの吸収が促進される。また、燃料電池スタック２の前方に配置された部品６３が衝突により実際に移動するまで、燃料電池スタック１の分解を防ぐことができる。したがって、軽い衝突による燃料電池スタック１の分解を防止することができる。
【００２９】
このように、締め付けボルト３の解除機構６０としてワイヤ６１を備えることにより、軽い衝突による燃料電池セル９の拘束の解除を防止できる。
【００３０】
次に、図１１を参照して、本発明の第５の実施形態を説明する。この実施形態によると、燃料電池スタック１は締め付けボルト３の解除機構６０として、フック４、フック４と連動するアクチュエータ６３、および車両の衝突を検知する衝突加速度センサ６４を備える。
【００３１】
このアクチューター６３はワイヤなどでフック４の開口部の反対側に結合されている。衝突加速度センサ６４はイナーシャスイッチなど衝突による加速度を検知するもので、衝突加速度センサ６４が衝突を検知したとき、図示しないコントロ−ラが出力してアクチュエータ６３を作動させ、フック４を締め付けボルト３から外す。　これにより、車両の衝突時などに燃料電池スタック１を分解することができ、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
このように、締め付けボルト３の解除機構６０として、アクチュエータ６３および衝突加速度センサ６４を備えることにより、軽い衝突では燃料電池セル９の拘束を解除するのを防止できる。
【００３３】
本発明を、構造的と方法的特徴に関してある程度特定的な言葉で説明したが、本明細書に開示した手段は本発明を実施する好ましい形態を含むものであり、本発明はこれら図示し記載された特定の特徴に制限されないことを理解されたい。したがって、本発明は、均等の原則に従って適切に解釈される特許請求の範囲に記載された範囲内におけるいかなる形態または変更についても含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池スタックの構造を説明する概略構成図である。
【図２】本発明による解除機構の構成図である。
【図３】Ａは車両の前方に衝突物がぶつかったときの燃料電池スタックを説明する図である。Ｂは衝突物が車両に進入したときの燃料電池スタックを説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による燃料電池スタックの構造を説明する概略構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による車両の進行方向に対して角度を持って設置された燃料電池スタックの構造を説明する概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による車両の進行方向に対して角度を持って設置された燃料電池スタックが衝突により分解する過程を説明する図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による車両の進行方向に対して角度を持って設置された燃料電池スタックが衝突により分解するもう一つの過程を説明する図である。
【図８】本発明の第３の実施形態による燃料電池スタックの構造を説明する概略構成図である。
【図９】本発明の第３の実施形態による燃料電池スタックが衝突により分解する過程を説明する図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態による燃料電池スタックの構造を説明する概略構成図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態による燃料電池スタックの構造を説明する概略構成図である。
【符号の説明】
１　　燃料電池スタック
２　　エンドプレート
３　　締め付けボルト（拘束部材）
４　　フック（解除機構）
５　　サイドメンバ
８　　搭載マウント
９　　燃料電池セル
１０　ボルト穴
１１　ナット
５０　助勢スプリング（弾性体）
６０　解除機構
６３　衝突加速度検出センサ（解除機構）
６４　アクチュエータ（解除機構）
【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】
2004063173.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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