(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの製造コストを低減可能な燃料電池スタックの締結技術を提供する。【解決手段】積層方向に積層された複数の燃料電池セルを有する燃料電池スタックの製造方法であって、燃料電池スタックに対して加圧及び締結を行う加圧・締結装置によって燃料電池スタックを積層方向に加圧して締結し、燃料電池スタックを加圧・締結装置から取り外し、予め定めた時間、燃料電池スタックの締結状態を、積層方向における寸法が変動しないケーシング部材内で維持し、燃料電池スタックの荷重調整を行う荷重調整装置によって燃料電池スタックの締結荷重を予め定められた最終締結荷重に調整する、製造方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層方向に積層された複数の燃料電池セルを有する燃料電池スタックの製造方法であって、
（ａ）前記燃料電池スタックに対して加圧及び締結を行う加圧・締結装置によって前記燃料電池スタックを前記積層方向に加圧して締結する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記燃料電池スタックを前記加圧・締結装置から取り外し、予め定めた時間、前記燃料電池スタックの締結状態を、前記積層方向における寸法が当該工程（ｂ）中において変動しないケーシング部材内で維持する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記燃料電池スタックの荷重調整を行う荷重調整装置によって前記燃料電池スタックの締結荷重を予め定められた最終締結荷重に調整する工程と、を備える製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の燃料電池セルが積層して成る燃料電池スタックを締結する方法として、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１に記載された締結方法では、加圧と締結の両方を行う装置（以下、「加圧・締結装置」と呼ぶ）によって、燃料電池スタックを加圧し、締結している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５２８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の締結方法では、加圧・締結装置によって、クリープ工程から締結工程までを行っており、その間、設備を占有している。そのため、生産する燃料電池スタックを増産する場合、高価な加圧・締結装置を複数用意する必要があり、燃料電池スタックの製造コストが高くなる。従って、燃料電池スタックの製造コストを低減可能な燃料電池スタックの締結技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、積層方向に積層された複数の燃料電池セルを有する燃料電池スタックの製造方法が提供される。この燃料電池スタックの製造方法は、（ａ）前記燃料電池スタックに対して加圧及び締結を行う加圧・締結装置によって前記燃料電池スタックを前記積層方向に加圧して締結する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記燃料電池スタックを前記加圧・締結装置から取り外し、予め定めた時間、前記燃料電池スタックの締結状態を、前記積層方向における寸法が当該工程（ｂ）中において変動しないケーシング部材内で維持する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記燃料電池スタックの荷重調整を行う荷重調整装置によって前記燃料電池スタックの締結荷重を予め定められた最終締結荷重に調整する工程と、を備える。この形態の燃料電池スタックの製造方法によれば、スタックケースによって燃料電池スタックを加圧した状態で締結することで、自然放置で定寸クリープを済ませることができるため、高価な加圧・締結装置が燃料電池スタックの製造時に占有される時間を短くすることができる。そのため、高価な加圧・締結装置を複数用意することなく、多数の燃料電池スタックを生産できるので、燃料電池スタックの製造コストを低減できる。
【０００７】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池スタックの締結装置や、燃料電池スタックの締結方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】燃料電池スタックの概略図である。
【図２】加圧・締結装置の概略図である。
【図３】荷重調整装置の概略図である。
【図４】燃料電池スタックの製造方法の概要を表わす工程図である。
【図５】燃料電池スタックに加わる荷重の変化と燃料電池スタック長に対する押し込み量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．実施形態：
図１は、本実施形態の燃料電池スタックの製造方法によって製造される燃料電池スタック１０の概略図である。燃料電池スタック１０は、固体高分子形の燃料電池であり、燃料電池セル１１を複数積層した積層体である。燃料電池セル１１を複数積層した積層体の両端は、プレッシャープレート１２とエンドプレート１３とで挟持されている。燃料電池スタック１０は、燃料電池セル１１の積層方向に所定の荷重が加えられた状態で、エンドプレート１３と、スタックケース１５とが、締結ボルト１６で固定されることによって締結がされている。
【００１０】
スタックケース１５には、プレッシャープレート１２と当接する面に貫通したねじ穴が設けられており、燃料電池スタック１０に加える積層方向の荷重（以下、締結荷重とも呼ぶ）を調整するための荷重調整ねじ１７が嵌挿されている。荷重調整ねじ１７は、スタックケース１５からプレッシャープレート１２側へせり出しており、プレッシャープレート１２を押圧している。荷重調整ねじ１７のせり出しの長さ（以下、せり出し量とも呼ぶ）は、荷重調整ねじ１７の回転による締緩によって調整することができる。締結荷重の調整は、荷重調整ねじ１７のせり出し量を調整することによって行われる。
【００１１】
図２は、本実施形態の燃料電池スタック１０の製造方法で用いる加圧・締結装置２０の概略図である。加圧・締結装置２０は、加圧と締結の両方を行なう装置である。加圧・締結装置２０は制御装置２１と加圧シリンダ２２と荷重計２３と第１のロボット２４と第２のロボット２５とを備える。制御装置２１は、荷重計２３を用いて燃料電池スタック１０の荷重の測定を行いながら、加圧シリンダ２２を制御して燃料電池スタック１０の加圧を行う。
【００１２】
制御装置２１は、燃料電池スタック１０の加圧が完了した後に、第１のロボット２４を制御して燃料電池スタック１０を締結ボルト１６によりスタックケース１５に締結し、第２のロボット２５を制御して荷重調整ねじ１７を燃料電池スタック１０に組み付け、燃料電池スタック１０の締結荷重を調整する。加圧シリンダ２２としては、例えば、一般的な油圧サーボシリンダを用いることができる。また、燃料電池スタック１０の加圧は、加圧シリンダ２２に限らず、例えばボールねじ等を用いて加圧してもよい。荷重計２３としては、例えばロードセルを用いることができる。
【００１３】
図３は、本実施形態の燃料電池スタック１０の製造方法で用いる荷重調整装置３０の概略図である。荷重調整装置３０は、荷重調整ねじ１７を調整して、荷重調整を行う装置である。荷重調整装置３０は制御装置３１と加圧シリンダ３２と荷重計３３とロボット３４を備える。制御装置３１は、荷重計３３を用いて荷重の測定を行いながら、加圧シリンダ３２を制御して燃料電池スタック１０の加圧を行う。制御装置３１は、燃料電池スタック１０の加圧が完了した後に、ロボット３４を制御して荷重調整ねじ１７を調節して、燃料電池スタック１０の締結荷重を調整する。
【００１４】
図４は、本実施形態における、燃料電池スタック１０の製造方法の概要を表わす工程図である。本実施形態の製造方法では、まず、図２に示した加圧・締結装置２０に燃料電池スタック１０を設置し、積層方向に燃料電池スタック１０を加圧して締結する（ステップＳ１００）。制御装置２１は、燃料電池スタック１０を加圧によりクリープ変形させた後に、第１のロボット２４を制御して燃料電池スタック１０を締結ボルト１６によりスタックケース１５に締結し、第２のロボット２５を制御して燃料電池スタック１０に荷重調整ねじ１７を組み付ける。ステップＳ１００における締結のことを、仮締結ともいう。
【００１５】
図５は、燃料電池スタック１０に加わる荷重の変化と、燃料電池スタック１０に対する押し込み量の変化を示すグラフである。上側のグラフは燃料電池スタック１０に加わる荷重の変化を示しており、縦軸は荷重（ｋＮ）を示している。下側のグラフは燃料電池スタック１０に対する押し込み量の変化を示しており、縦軸は押し込み量を示している。上下のグラフ共に、横軸は時間を示している。上記ステップＳ１００は、タイミングｔ０からｔ１の期間に相当し、最も大きな荷重によって燃料電池スタック１０が加圧される。この荷重のことを、仮締結荷重ともいう。
【００１６】
仮締結が完了したら、加圧・締結装置２０の制御装置２１は、加圧シリンダ２２を制御して燃料電池スタック１０の加圧を解除する（ステップＳ１１０）。続いて、加圧・締結装置２０からスタックケース１５に仮締結された燃料電池スタック１０をスタックケース１５ごと取り外し、予め定めた時間、スタックケース１５内で燃料電池スタック１０の締結状態を維持することにより、定寸クリープを実施する（ステップＳ１２０）。定寸クリープとは、ステップＳ１２０が実施される期間中、積層方向における寸法が変動しないケーシング部材（本実施形態ではスタックケース１５）内で燃料電池スタック１０のクリープを進行させることをいう。
【００１７】
上記ステップＳ１２０は、図５において、タイミングｔ１からｔ２の期間に相当する。タイミングｔ１における定寸クリープ開始時の荷重とタイミングｔ２における定寸クリープ後の荷重の荷重差Ｎ１は、荷重抜け量であり、クリープ量ともいう。このように、荷重抜けが発生したとしても、本実施形態では寸法の変わらないスタックケース１５内でクリープを進行させているため、燃料電池スタック１０に対する押し込み量は一定となる。定寸クリープを行う時間は、所望のクリープ量が得られる時間を予め実験的に求めることで定めることができる。
【００１８】
定寸クリープが完了した後、燃料電池スタック１０を図３に示した荷重調整装置３０に設置して締結荷重を調整する（ステップＳ１３０）。具体的には、制御装置３１は、加圧シリンダ３２を制御してプレッシャープレート１２に接触するまで加圧し、ロボット３４を制御して荷重調整ねじ１７を弛める。続いて、制御装置３１は、荷重計３３を用いて荷重の測定を行いながら、荷重が最終締結荷重Ｎ２（図５）になるよう加圧シリンダ３２を制御する。制御装置３１は、ロボット３４を制御して荷重調整ねじ１７をプレッシャープレート１２に接触するまで締める。
【００１９】
上記ステップＳ１３０は、図５に示すタイミングｔ２からｔ３の期間に相当する。本実施形態では、この期間において、仮締結荷重及び、定寸クリープ工程により荷重抜けが生じた荷重よりも小さな荷重である最終締結荷重Ｎ２に、燃料電池スタック１０の締結荷重を調整する。最終締結荷重Ｎ２は、出荷時の締結荷重であり、予め定められている荷重である。
【００２０】
以上で説明した本実施形態の燃料電池スタック１０の製造方法によれば、燃料電池スタック１０を仮締結して所定時間放置しておくことで定寸クリープを済ませることができる。そのため、加圧と締結の両方を行う高価な加圧・締結装置２０が燃料電池スタック１０の製造時に占有される時間を短くすることができる。そのため、高価な加圧・締結装置２０を複数用意することなく、多数の燃料電池スタック１０を生産できるので、燃料電池スタック１０の製造コストを低減できる。
【００２１】
また、本実施形態では、スタックケース１５に燃料電池スタック１０を仮締結して放置することにより燃料電池スタック１０のクリープを進行させることができるので、燃料電池スタック１０の製造個数やクリープ工程に必要な時間に合わせて定寸クリープを行う製造ラインの数を容易に増減することができる。
【００２２】
Ｂ．変形例
＜第１変形例＞
上記実施形態では、スタックケース１５を用いて定寸クリープ工程を実施した。これに対して、燃料電池スタック１０を、定寸クリープを行うためだけのケーシング部材に移し替えて定寸クリープを行ってもよい。
【００２３】
＜第２変形例＞
上記実施形態では、ロボット３４を備える荷重調整装置３０を用いて荷重を調整した。これに対して、人力による荷重調整を行う荷重調整装置を用いて荷重調整を行ってもよい。
【００２４】
＜第３変形例＞
上記実施形態の定寸クリープ工程において、燃料電池セル１１内部に高温・高湿度なガスを供給し、セル温・膜湿度を上げて電極の厚さ増加により荷重抜けの防止を行ってもよい。これにより、定寸クリープでクリープが進むのに伴い荷重が低下するのを防止できる。また、セル温・膜湿度を出荷後に想定される最大量に設定して、高温・高湿度ガスを循環させることにより、内部からの荷重増加が増え、最初に与えた荷重を上回ることを利用して、加圧・締結装置２０のスペック（最大圧力）を落とすこともできる。
【００２５】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１０…燃料電池スタック
１１…燃料電池セル
１２…プレッシャープレート
１３…エンドプレート
１５…スタックケース
１６…締結ボルト
１７…荷重調整ねじ
２０…加圧・締結装置
２１…制御装置
２２…加圧シリンダ
２３…荷重計
２４…第１のロボット
２５…第２のロボット
３０…荷重調整装置
３１…制御装置
３２…加圧シリンダ
３３…荷重計
３４…ロボット
Ｎ１…荷重差
Ｎ２…最終締結荷重
【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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