(57)【要約】【課題】エンドプレートが変形しても、エンドプレート間に掛け渡された側面プレートの積層体側への撓みを抑えることができる燃料電池スタックを提供する。【解決手段】セル２１を複数積層したセル積層体２２と、セル積層体２２を含む燃料電池構成部品の積層体２８を両端から挟持するエンドプレート１５，１６と、エンドプレート１５，１６の上下面１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂに固定されてこれらエンドプレート１５，１６間に掛け渡されるテンションプレート１７及びモニタ押さえプレート５２とを備えた燃料電池スタック１１において、積層体２８へ加える荷重によって変形するエンドプレート１６におけるテンションプレート１７及びモニタ押さえプレート５２が固定される上下面１６ａ，１６ｂからなる固定箇所を、積層体２８の積層方向に荷重が加わった際に、積層体２８の側面と平行に近づくように、積層体２８の側面に対して傾斜させておく。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給を受けて発電するセルを複数積層したセル積層体と、前記セル積層体を含む燃料電池構成部品の積層体を両端から挟持するエンドプレートと、前記エンドプレートの側面に固定されてこれらエンドプレート間に掛け渡される側面プレートとを備えた燃料電池スタックであって、
前記エンドプレートは、前記積層体の積層方向に荷重が加わる前の状態で、少なくとも前記側面プレートとの固定箇所が、前記積層体の側面に対して傾斜されている燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池スタックであって、
前記エンドプレートの前記側面プレートとの固定箇所は、前記積層体の積層方向の荷重により前記エンドプレートが変形した際に、前記積層体の側面と平行に近づくように傾斜されてい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、複数のセルを積層させたセル積層体を備えた燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば燃料電池自動車のエネルギ源として注目されている燃料電池は、通常、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電するセルを所要数積層したセル積層体と、このセル積層体の積層方向の両端に配置されたエンドプレートと、これらエンドプレート同士を連結するテンションプレートと、一方のエンドプレートの略中央に設けられたアジャストスクリュとを備えた燃料電池スタックとして構成されている。
【０００３】
この種の燃料電池スタックでは、アジャストスクリュのねじ込み量を調整することにより、エンドプレート間のセル積層体に与える圧縮荷重が調整されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４―２８８６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記構成の燃料電池スタックでは、アジャストスクリュをねじ込んだ際に、エンドプレートのうちアジャストスクリュがねじ込まれた中央部が膨らむように変形する。これにより、エンドプレートの周面はセル積層体側へ向かって内方へ傾斜し、エンドプレート同士を連結しているテンションプレートがセル積層体側へ撓んでしまうので、テンションプレートとセル積層体とが接触する虞があった。
【０００５】
また、燃料電池スタックには、セルの電圧を検出する複数のセルモニタが積層方向に配列されている場合がある。これらセルモニタは、エンドプレート間に掛け渡された押さえプレートによってセルへの取り付け状態が維持されているが、上記のテンションプレートと同様に押さえプレートがセル積層体側へ撓むと、セルモニタがセル側へ押し付けられ、この状態にて、セル積層体が伸縮すると、セルモニタの取り付け状態に影響を与えることがある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、エンドプレートが変形しても、エンドプレート間に掛け渡された側面プレートの積層体側への撓みを抑えることができる燃料電池スタックを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池スタックは、ガス供給を受けて発電するセルを複数積層したセル積層体と、前記セル積層体を含む燃料電池構成部品の積層体を両端から挟持するエンドプレートと、前記エンドプレートの側面に固定されてこれらエンドプレート間に掛け渡される側面プレートとを備えた燃料電池スタックであって、前記エンドプレートは、前記積層体の積層方向に荷重が加わる前の状態で、少なくとも前記側面プレートとの固定箇所が、前記積層体の側面に対して傾斜されている。
【０００８】
この構成によれば、積層体の積層方向に荷重が加わってエンドプレートが変形したときでも、その変形に伴って前記固定箇所における前記傾斜が小さくなるように当該傾斜を設定しておくことにより、側面プレートの積層体側への撓みを抑えることができる。
【０００９】
前記エンドプレートの前記側面プレートとの固定箇所は、前記積層体の積層方向の荷重により前記エンドプレートが変形した際に、前記積層体の側面と平行に近づくように傾斜されていることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、積層体の積層方向に荷重が加わってエンドプレートが変形した際に、エンドプレートの側面プレートとの固定箇所が、積層体の側面と平行に近づくので、側面プレートが積層体の側面と平行に維持される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料電池スタックによれば、エンドプレートが変形しても、エンドプレート間に掛け渡された側面プレートの積層体側への撓みを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明に係る燃料電池システムの一実施の形態を説明する。以下、この燃料電池システムを燃料電池車両の車載発電システムに適用した場合について説明するが、本発明はこのような適用例に限らず、船舶，航空機，電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体への適用や、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムへの適用も可能である。
【００１３】
図１から図３に示すように、燃料電池を構成する燃料電池スタック１１は、一対の矩形状のエンドプレート１５，１６同士を互いの外縁部同士をテンションプレート１７で連結して外側部分が構成されており、これらエンドプレート１５，１６及びテンションプレート１７は例えばジュラルミン等で形成されている。
【００１４】
一方のエンドプレート１５の他方のエンドプレート１６側に、一方のエンドプレート１５側から順に、絶縁プレート１８、ターミナルプレート１９及びカバープレート２０が配置され、このカバープレート２０の他方のエンドプレート１６側に、燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて発電するセル２１を所要数積層してなるセル積層体２２が配置されている。
【００１５】
さらに、燃料電池スタック１１は、セル積層体２２の他方のエンドプレート１６側に、セル積層体２２側から順に、カバープレート２４、ターミナルプレート２５及び絶縁プレート２６が配置され、この絶縁プレート２６の他方のエンドプレート１６側に、スプリングボックス２７が配置されている。
【００１６】
スプリングボックス２７には、図示略の複数のコイルスプリングが設けられており、これらのコイルスプリングを介して絶縁プレート２６つまりセル積層体２２を積層方向に押圧するようになっている。そして、上記絶縁プレート１８，２６、ターミナルプレート１９，２５、カバープレート２０，２４、スプリングボックス２７及びセル積層体２２から積層体２８が構成されている。
【００１７】
一方のエンドプレート１６は、その略中央部にメネジ３１が形成されており、このメネジ３１には、芋ネジからなるアジャストスクリュ３２が螺合され、その先端部がスプリングボックス２７に当接されている。アジャストスクリュ３２には後端側に六角ボルト等の工具を嵌合させる工具嵌合部３３が形成されており、アジャストスクリュ３２は、この工具嵌合部３３に嵌合する工具を介して回転させられることで、その軸線方向に沿って移動して、積層体２８への荷重を調整する。
【００１８】
図２に示すように、エンドプレート１５の積層体２８に接する面と該面に平行な面とを除く上下左右の側面（周面）のうち、図示の車載状態において上下に位置する側面１５ａ，１５ｂ（以下、それぞれを上面１５ａ，下面１５ｂといい、これらを纏めて上下面１５ａ，１５ｂということがある。）及びエンドプレート１６の積層体２８に接する面と該面に平行な面とを除く上下左右の側面（周面）のうち、図示の車載状態において上下に位置する側面１６ａ，１６ｂ（以下、それぞれを上面１６ａ，下面１６ｂといい、これらを纏めて上下面１６ａ，１６ｂということがある。）には、それぞれネジ孔４１が形成されており、テンションプレート１７の両端が、ネジ孔４１に螺合された締結ボルト４２によって各エンドプレート１５，１６の上下面１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂに締結固定されている。
【００１９】
テンションプレート１７の一端が締結固定されるエンドプレート１６の上下面１６ａ，１６ｂは、積層体２８から離間する方向（積層方向外方）へ向かって、積層体２８の側面に対して次第に内方へ傾斜した傾斜面、より詳細には、積層体２８のエンドプレート１５に接する面と該面に平行な面とを除く上下左右の側面(周面）のうち図示の車載状態において上下に位置する側面２８Ａ，２８Ｂ（以下、それぞれを上面２８Ａ，下面２８Ｂといい、これらを纏めて上下面２８Ａ，２８Ｂということがある。）と平行な面１００Ａ，１００Ｂに対して次第に内方へ傾斜した傾斜面とされている。これにより、このエンドプレート１６は、その断面形状が台形状とされている。
【００２０】
したがって、このエンドプレート１６に締結固定されるテンションプレート１７の一端は、その近傍部分が、傾斜面とされたエンドプレート１６の上下面１６ａ，１６ｂに沿って屈曲された状態に固定されている。
【００２１】
図３に示すように、燃料電池スタック１１のセル積層体２２には、セル２１の電圧を検出する複数のセルモニタ５１がセル２１の積層方向に配列されている。これらセルモニタ５１は、エンドプレート１５，１６間に掛け渡されたモニタ押さえプレート５２によってセル２１へ押さえ付けられ、その取り付け状態が維持されている。
【００２２】
モニタ押さえプレート５２は、その一端が、積層体２８から離間する方向（積層方向外方）へ向かって、積層体２８の上面２８Ａと平行な面１００Ａに対して次第に内方へ傾斜したエンドプレート１６の上面１６ａに形成されたネジ孔５３へ螺合されたビス５４によって固定されている。また、モニタ押さえプレート５２の他端には、略直角に屈曲された固定片５２ａが形成されており、この固定片５２ａが、エンドプレート１５の積層体２８と反対側の面に形成されたネジ孔５３に螺合されたビス５４によって固定されている。
【００２３】
このようにエンドプレート１５，１６間に掛け渡されたモニタ押さえプレート５２も、エンドプレート１６への固定側の一端近傍部分が傾斜面とされたエンドプレート１６の上面１６ａに沿って屈曲された状態に固定されている。
【００２４】
図４（ａ）は、エンドプレート１６の上下面１６ａ，１６ｂが傾斜面とされていない燃料電池スタック１１におけるセルモニタ５１の配列に沿った断面図である。
【００２５】
このような燃料電池スタック１１にて、エンドプレート１６の中央部が外方へ膨らむように変形すると、図４（ｂ）に示すように、エンドプレート１６の上下面１６ａ，１６ｂを含む周面（側面）が、積層体２８側へ向かって次第に内方へ傾斜し、モニタ押さえプレート５２が積層体２８側へ撓んでしまい、特に、エンドプレート１６側では、セルモニタ５１がセル２１側へ必要以上に押し付けられてしまう。
【００２６】
また、モニタ押さえプレート５２と同様に、テンションプレート１７も、積層体２８側へ撓み、積層体２８とテンションプレート１７との間隔が不十分となり、接触の虞が生じる。この場合、テンションプレート１７と積層体２８との間隔を予め大きくしておけば良いが、このようにすると、燃料電池スタック１１の大型化を招いてしまう。
【００２７】
これに対して、本実施形態では、テンションプレート１７及びモニタ押さえプレート５２が固定されるエンドプレート１６の周面（側面）のうちの上下面１６ａ，１６ｂを、予め積層体２８から離間する方向へ向かって、積層体２８の上下面２８Ａ，２８Ｂと平行な面１００Ａ，１００Ｂに対して次第に内方へ傾斜させているので、エンドプレート１６の中央部が外方へ膨らむように変形したとしても、テンションプレート１７及びモニタ押さえプレート５２の積層体２８側への撓みが抑えられる。
【００２８】
図５（ａ）は、エンドプレート１６の上下面１６ａ，１６ｂが傾斜面とされた本実施形態の燃料電池スタック１１におけるセルモニタ５１の配列に沿った断面図である。
【００２９】
この燃料電池スタック１１にて、エンドプレート１６の中央部が外方へ膨らむように変形しても、エンドプレート１６は、その上下面１６ａ，１６ｂが、予め積層体２８から離間する方向へ向かって、積層体２８の上下面２８Ａ，２８Ｂと平行な面１００Ａ，１００Ｂ（図３参照）に対して次第に内方へ傾斜しているので、図５（ｂ）に示すように、エンドプレート１６の上下面１６ａ，１６ｂは、積層体２８側へ向かって内方へ傾斜することなく、積層体２８の上下面２８Ａ，２８Ｂと平行に近づけられる。このため、モニタ押さえプレート５２の積層体２８側への撓みが抑えられ、セルモニタ５１をセル２１側へ必要以上に押し付けてしまうような不具合が抑制される。
【００３０】
また、モニタ押さえプレート５２と同様に、テンションプレート１７も、積層体２８側への撓みが抑えられるので、積層体２８とテンションプレート１７との間隔が不十分となるような不具合が抑えられる。これにより、予めテンションプレート１７と積層体２８との間隔を大きくしておく必要もなく、したがって、燃料電池スタック１１の小型化を図ることができる。
【００３１】
以上、説明したように、本実施形態に係る燃料電池スタック１１によれば、エンドプレート１６が変形しても、エンドプレート１５，１６間に掛け渡されたテンションプレート１７あるいはモニタ押さえプレート５２の積層体２８側への撓みを抑えることができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、テンションプレート１７及びモニタ押さえプレート５２の一端が固定されるエンドプレート１６の上下面１６ａ，１６ｂの全体を傾斜面としたが、図６に示すように、少なくともテンションプレート１７及びモニタ押さえプレート５２との固定箇所のみを傾斜面としても良い。
【００３３】
また、エンドプレート１５，１６間に掛け渡されるプレートとしては、テンションプレート１７及びモニタ押さえプレート５２に限らず、例えば、積層体２８への接触を防ぐための絶縁プレートあるいは各種電気部品を搭載するためのプレート状のブラケットなどもある。
【００３４】
そして、これらのプレートの場合も、その一端が固定されるエンドプレート１６の周面（図１から３において、エンドプレート１６の側面のうち、積層体２８に接する面と該面に平行な面とを除く上下左右の側面）を、積層体２８から離間する方向へ向かって、積層体２８の側面に対して、より詳細には、積層体２８の上下面２８Ａ，２８Ｂと平行な面１００Ａ，１００Ｂに対して次第に内方へ傾斜させることにより、エンドプレート１６の膨出時における積層体２８側への撓みを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態に係る燃料電池スタックを示す概略斜視図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図３】図１におけるＹ−Ｙ断面図である。
【図４】傾斜面を有していないエンドプレートを備えた燃料電池スタックでのモニタ押さえプレートの変形状態を示す断面図である。
【図５】本実施形態に係る燃料電池スタックでのモニタ押さえプレートの変形状態を示す断面図である。
【図６】テンションプレート及びモニタ押さえプレートが固定されるエンドプレートの上面における他の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１…燃料電池スタック、１５，１６…エンドプレート、１６ａ…上面（側面、固定箇所）、１６ｂ…下面（側面、固定箇所）、１７…テンションプレート（側面プレート）、２１…セル、２２…セル積層体、２８…積層体、５２…モニタ押さえプレート（側面プレート）
【図１】
2007311105.tif 000003
【図２】
2007311105.tif 000004
【図３】
2007311105.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007311105.tif 000007
【図６】
2007311105.tif 000008