(57)【要約】【課題】セル積層方向と直交する方向の加速度が作用した場合にスタックがばらけるのを抑止する。【解決手段】燃料電池１は、セル積層体２を拘束する部材であって、セル積層体２が積層方向と直交する方向の慣性力を受けた際の当該セル積層体２の撓みを想定した形状であり、当該セル積層体２と当該拘束部材３の接触による反力をセル４に分散する拘束部材３を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル積層体を拘束する部材であって、前記セル積層体が積層方向と直交する方向の慣性力を受けた際の当該セル積層体の撓みを想定した形状であり、当該セル積層体と当該拘束部材の接触による反力をセルに分散する拘束部材
を備える、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、セル積層体を拘束する部材の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池においては、燃料電池セルが積層されてなるスタックを利用して発電が行われている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９３７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の燃料電池に対し、外部衝撃等によってセル積層方向と直交する方向の加速度が作用すると、セル積層体の端部近傍でモジュールに滑りが生じてスタックがばらけるおそれがある。
【０００５】
本発明は、セル積層方向と直交する方向の加速度が作用した場合にスタックがばらけるのを抑止することができる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】
【０００６】
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。一般に、スタックが慣性力を受けるとセル積層体と外部拘束部材とが接触する場合がある。この場合、セル積層体の中央部に大きな反力（荷重）が発生する。発生反力に対して、セル座屈強度が小さい場合、セルが座屈変形を起こし、短絡やガス、冷却水のリークが発生するおそれがある（図７参照）。このような事象に着目した本発明者は、課題の解決に結び付く知見を得るに至った。
【０００７】
本発明にかかる燃料電池はこのような知見に基づくもので、セル積層体を拘束する部材であって、セル積層体が積層方向と直交する方向の慣性力を受けた際の当該セル積層体の撓みを想定した形状であり、当該セル積層体と当該拘束部材の接触による反力をセルに分散する拘束部材を備えるというものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、セル積層方向と直交する方向の加速度が作用した場合にスタックがばらけるのを抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を示す、（Ａ）慣性力を受けた際のセル積層体とその撓みを想定した形状の拘束部材の一例を表す図、（Ｂ）セル積層方向の各位置における積層体反力とセル座屈強度との関係を表すグラフである。
【図２】拘束部材の形状（外部拘束形状）の決定手法の一例を示す、（Ａ）セル圧縮剛性の算出原理を表すグラフ、（Ｂ）セルせん断剛性の算出原理を示すグラフ、（Ｃ）積層体位置とスタックたわみ量との関係を表すグラフ、（Ｄ）スタックたわみ量の算出式である。
【図３】両側部に外部拘束シートを貼り付けた拘束部材の一例を示す図である。
【図４】硬度に傾斜を付けた拘束部材の一例を示す図である。
【図５】適宜穴を開けて反力を調整するようにした拘束部材の一例を示す図である。
【図６】両端部にヤング率の高い部材（例えば金属プレート）を挿入した拘束部材の一例を示す図である。
【図７】従来技術を参考として示す、（Ａ）慣性力を受けた際のセル積層体と拘束部材の一例を表す図、（Ｂ）セル積層方向の各位置における積層体反力とセル座屈強度との関係を表すグラフ、（Ｃ）セル積層体の中央部付近を拡大して表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。以下では、一例として、燃料電池車に搭載されることが予定された燃料電池に本発明を適用した場合を例示して説明するが、適用範囲がこのような例に限られることはない。
【００１１】
本実施形態の燃料電池１は、セル積層体２を拘束するための拘束部材３を備える。
【００１２】
拘束部材３は、セル積層体２が積層方向と直交する方向の慣性力を受けた際の当該セル積層体２の撓みを想定した形状とされている（図１（Ａ）参照）。これによれば、セル積層体２の反力を全セル４に分散させ、反力が各セル４の座屈強度を上回らないようにすることができる（図１（Ｂ）参照）。この結果、外部衝撃等によってセル積層方向と直交する方向の加速度が作用したとしても、セル積層体２の端部近傍でモジュールに滑りが生じてスタックがばらけるのを抑止することができる。
【００１３】
拘束部材３の形状（外部拘束形状）の決定手法を示す（図２参照）。まず、セル圧縮変位量と荷重とから、セル圧縮剛性（Ｅ）を算出する（図２（Ａ）参照）。また、せん断変位量と荷重とから、セルせん断剛性（Ｓ）を算出する（図２（Ｂ）参照）。これらから、積層体位置（ｘ）とスタックたわみ量との関係を求める（図２（Ｃ）参照）。スタックたわみ量は、図２（Ｄ）に示す式によって求めることができる。
【００１４】
このように、本実施形態では、例えば車両衝突時等におけるセル積層体２のずれ防止のための外部拘束構造において、スタックの撓みを想定した外部拘束形状とし、セル積層体２と拘束部材３の接触による反力をセル４に分散するようにしている。これによれば、セル４と外部拘束部材３が接触した際に各セル４から均等に反力が得られ、セル４へのダメージを抑制することができる。
【００１５】
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、想定した撓みに合わせ、弧を描いた形状の拘束部材３とすることができる。あるいは、想定した撓みに合わせ、中央部ほど軟らかく、端部に向かうにつれて硬くなる形状・構造の拘束部材３とすることもできる。さらには、中央部ほど弾性率が低い・
中央部ほど肉薄である・中央部ほど圧縮剛性が低いといった形状・構造の拘束部材３としてもよい。これにより、セル積層体２の中央部（撓みによって最も拘束部材３に接触しやすい）に反力が集中しないため、セル４の破損が起こりにくくなる。以下、各種具体例を示す。
【００１６】
例えば、拘束部材３の両側部に、外部拘束シート３１を貼り付けるようにしてもよい（図３参照）。
【００１７】
また、拘束部材３の硬度に傾斜を付けるようにしてもよい（図４参照）。これによれば、拘束部材３の弾性率に分布を設けることができる。
【００１８】
あるいは、拘束部材３に適宜穴３２を開けて反力を調整するようにしてもよい（図５参照）。これによれば、拘束部材３の圧縮特性を部位ごとに調整することができる。
【００１９】
さらには、例えば拘束部材３の両端部にヤング率の高い部材（例えば金属プレート）３３を挿入してもよい（図６参照）。これによれば、端部の圧縮剛性を上げることができる。
【００２０】
上述の各手段等により、拘束部材３のうち反力を最も受ける中央部を軟らかくし、端部に向かうほど硬くなるようにすることができる。これにより、セル４へ与えうるダメージを減らし、セル積層体２から均一に反力を得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、燃料電池車等の燃料電池に適用して好適である。
【符号の説明】
【００２２】
１…燃料電池、２…セル積層体、３…拘束部材、４…セル
【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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