(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される単位燃料電池セルが、セパレータを介して水平方向に複数個積層される車載用の燃料電池スタックにおいて、前記単位燃料電池セルの積層方向の両端に設けたエンドプレートに車体設置用の取付部材が設けられ、単位燃料電池セルの積層方向の中間部分に少なくとも１個以上の中間支持部材が追加して設けられていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記中間支持部材は、単位燃料電池セルの積層方向の中間部分に挟み込まれたプレートと、車体設置用の取付部材を備えてい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】
前記プレートがその両側に位置する単位燃料電池セル同志を電気的に接続するものであ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４】
前記プレートは、その両側に位置する単位燃料電池セルを絶縁する絶縁プレートと、この絶縁プレートを挟持するとともに絶縁プレートの孔に挿通して嵌合する凹凸の一対の電気的結合ターミナルにより両者を電気的に導通するターミナルプレートを有してい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５】
前記中間支持部材は、単位燃料電池セルの積層方向の中央部に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記中間支持部材は、単位燃料電池セルの外周を囲むように設けられたコの字状のブラケットであることを特徴とする請求項１又は請求項５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】
この発明は、固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される単位燃料電池セルが、セパレータを介して水平方向に複数個積層される車載用の燃料電池スタックに関するものであり、特に、耐振性、耐衝撃性の点で優れた燃料電池スタックに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード側電極とカソード側電極を対設して構成された単位燃料電池セルを、セパレータによって挟持することにより構成されている。この固体高分子型燃料電池は、通常、単位燃料電池セル及びセパレータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池スタックにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、水素ガスは、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば酸素ガスあるいは空気が供給されているために、このカソード側電極において、前記水素イオン、前記電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、上記燃料電池スタックを車両、特に乗用車に搭載して使用する場合には、車室の床下に配置される場合が多い関係で高さ方向のスペースが大きく制限されるため、単位燃料電池セルの高さを抑え、各単位燃料電池セルをセパレータを介して水平方向に複数個積層するようにし（例えば、特開平８−１７１９２６号公報参照）、燃料電池スタックの両端のエンドプレートに設けた設置用の取付部材により車体パネルに固定するようになっている。
【０００５】
この一例を図１３によって説明すると、同図において、１は燃料電池スタックを示し、この燃料電池スタック１は、固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される単位燃料電池セルが、セパレータを介して水平方向に複数個積層されたものである。各単位燃料電池セルはスタッドボルト２により締め付けられている。燃料電池スタック１の積層方向の一端側には皿ばね等から成る締め付け構造部３が、他端側にはワッシャー等から成る他の締め付け構造部４が各々設けられ、必要な締め付け力で中央部分の発電セル部の各単位燃料電池セルに締め付け力を付与している。
ここで、単位燃料電池セルの積層方向の一端側に設けた締め付け構造部３のエンドプレート５に設置用の取付部材６が取り付けられ、また、燃料電池スタック１の他端側の締め付け構造部４のバックアッププレート７にも設置用の取付部材８が取り付けられている。
そして、上記燃料電池スタック１の両端の各取付部材６，８が車体パネル９に固体されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃料電池スタック１においては、燃料電池スタック１の高出力（高電圧）化に伴い、単位燃料電池セルの積層枚数が増加して積層長さが増加すると、燃料電池スタック１の固有振動数が低下し、車両の走行中や発進及び停止の繰り返し等により作用する振動に対する耐振動性が低下するという問題がある。
また、上記積層長さが増加すると燃料電池スタック１の重心と、支持点である取付部材６，８との距離が長くなるため燃料電池スタック１の両端に設けられた取付部材６，８にかかる負荷（特にモーメント）が増加し、車両に衝撃力が加わった場合に、耐衝撃性が低下するという問題がある。
【０００７】
これに対して、積層長さの短い単位燃料電池セルの積層体を多数搭載することも可能であるが、セパレータを介して積層された単位燃料電池セルを締め付けるスタッドボルト、締め付け構造部、前記燃料ガス、酸化剤ガス等を供給するためのマニホールド、配管、電気的に接続するためのバスバー等が各々に必要となるため、部品点数、組み付け工数が大幅に増加し、車体重量の増加、占有スペースの増加を招いてしまうという問題がある。
そこで、この発明は、占有スペースを増加させず、耐振動性、耐衝撃性を向上させることができる燃料電池スタックを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、固体高分子電解質膜（例えば、実施形態における固体高分子電解質膜１１）をアノード側電極（例えば、実施形態におけるアノード側電極１２）とカソード側電極（例えば、実施形態におけるカソード側電極１３）とで挟んで構成される単位燃料電池セル（例えば、実施形態における単位燃料電池セル１４）が、セパレータ（例えば、実施形態におけるセパレータ１５，１６）を介して水平方向に複数個積層される車載用の燃料電池スタックにおいて、前記単位燃料電池セルの積層方向の両端に設けたエンドプレート（例えば、実施形態におけるエンドプレート２０、バックアッププレート２０Ａ）に車体（例えば、実施形態における車体パネル２７）設置用の取付部材（例えば、実施形態における取付部材２５，２６）が設けられ、単位燃料電池セルの積層方向の中間部分に少なくとも１個以上の中間支持部材（例えば、実施形態における中間支持部材２８）が追加して設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、中間支持部材により燃料電池スタックの重心と支持点との距離を短くして、単位燃料電池セルの積層方向の両端の取付部材にかかる負荷を軽減することが可能となるとともに、燃料電池スタックの支持点を増加することで、燃料電池スタックの固有振動数を高めることが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、前記中間支持部材は、単位燃料電池セルの積層方向の中間部分に挟み込まれたプレート（例えば、実施形態におけるプレート２９）と、車体設置用の取付部材（例えば、実施形態における取付部材３０）を備えていることを特徴とする。
このように構成することで、単位燃料電池セルの積層構造を有効利用し、燃料電池セル間に挟持されたプレートを、このプレートの取付部材を介して固定することが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、前記プレート（例えば、実施形態におけるプレート６２）がその両側に位置する単位燃料電池セル同志を電気的に接続するものであることを特徴とする。
このように構成することで、燃料電池スタックの支持機能に加えて、プレートを挟持する各単位燃料電池セル間を確実に接続することが可能となり、外部に電気的に接続するための配線を設けることが不要になる。
【００１１】
請求項４に記載した発明は、前記プレートは、その両側に位置する単位燃料電池セルを絶縁する絶縁プレート（例えば、実施形態における絶縁プレート４２）と、この絶縁プレートを挟持するとともに絶縁プレートの孔（例えば、実施形態における孔４９）に挿通して嵌合する凹凸の一対の電気的結合ターミナル（例えば、実施形態におけるターミナル４３ａ，４３ｂ）により両者を電気的に導通するターミナルプレート（例えば、実施形態におけるターミナルプレート４４）を有していることを特徴とする。
このように構成することで、ターミナルプレートにより隣接する単位燃料電池セル間の電気的導通を確保するとともに、絶縁プレートを用いることで取付部材との間を絶縁する必要がなく取付部材を設置することが可能となる。
【００１２】
請求項５に記載した発明は、前記中間支持部材は、単位燃料電池セルの積層方向の中央部に配置されていることを特徴とする。
このように構成することで、燃料電池スタックをバランス良く支持することが可能となる。
【００１３】
請求項６に記載した発明は、前記中間支持部材は、単位燃料電池セルの外周を囲むように設けられたコの字状のブラケット（例えば、実施形態におけるブラケット７５）であることを特徴とする。
このように構成することで、燃料電池スタックに対して後付けで追加することが可能となり、組み付け性が向上する。さらに、積層方向の中間部分に挟み込むプレートが必要なくなるので積層方向の長さを短くすることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、この発明の第１実施形態を模式的に示したものである。同図において、１０は車載用の燃料電池スタックを示している。燃料電池スタック１０は、図２に示すように、固体高分子電解質膜１１をアノード側電極１２とカソード側電極１３とで挟んで構成される単位燃料電池セル１４が、セパレータ１５，１６を介して水平方向に複数個積層されたものである。アノード側電極１２と隣接するセパレータ１５との間に水素ガスが供給され、一方、カソード側電極１３と隣接するセパレータ１６との間に空気が供給される。また、各セパレータ１５，１６の背面間の流路に冷却液が供給され、単位燃料電池セル１４を冷却するようになっている。そして、上記水素ガス、空気、冷却水を供給するために、各単位燃料電池セル１４、及び、後述するプレートを貫通して連通孔（図４に示す）が各々形成されている。
【００１５】
積層された単位燃料電池セル１４は、スタッドボルト１７により締め付けられるが、単位燃料電池セル１４の積層体の両端部側には電極プレート１８が設けられている。また、一端側の電極プレート１８の外側には、絶縁板１９を介してエンドプレート２０とバックアッププレート２０Ａ間に皿ばね２１が介装された締め付け構造部２２が前記積層方向に設けられ、他端側の電極プレート１８の外側には、絶縁板１９を介してエンドプレート２０とバックアッププレート２０Ａ間に緩衝部材（ワッシャー）２３が介装された締め付け構造部２４が設けられている。これら両締め付け構造部２２，２４により必要な締め付け力で中央部分の発電セル部の各単位燃料電池セル１４に締め付け力を付与している。
【００１６】
そして、一端側の締め付け構造部２２のバックアッププレート２０Ａには、設置用の取付部材２５が支持され、また、他端側の締め付け構造部２４のバックアッププレート２０Ａにも同様に設置用の取付部材２６が設けられている。そして、各取付部材２５，２６が車体パネル２７に固体されるようになっている。
ここで、各締め付け構造部２２，２４のバックアッププレート２０Ａに取付部材２５，２６を支持した場合を例にして説明したが、前記電極プレート１８の外側のエンドプレート２０に取付部材２５，２６を支持しても良い。
尚、ここで請求項に記載したエンドプレートとは、電極プレート１８の外側、つまり単位燃料電池セル１４の積層方向の両端部分を構成する部材を意味しており、エンドプレート２０は勿論、上記各絶縁板１９以外のバックアッププレート２０Ａやそれ以外のプレートを含む概念である。
【００１７】
上記両取付部材２５，２６の配置位置の間、具体的には単位燃料電池セル１４の積層方向の中央部分には設置用の中間支持部材２８が追加して設けられている。そして、この中間支持部材２８は、単位燃料電池セル１４の積層方向の中央部分に挟み込まれたプレート２９と、このプレート２９の取付部材３０を備えている。
【００１８】
図３〜図５に基づいて、前記取付部材２５，２６と前記中間支持部材２８を詳細に説明する。尚、前記図１に対応する部分には同一符号を付して説明する。
取付部材２５，２６は、単位燃料電池セル１４の積層方向の両端側に位置するものである。図３に示すように、燃料電池スタックの１０の他端側（以下、他端側という）の締め付け構造部２４のバックアッププレート２０Ａに設けた取付部材２６はバックアッププレート２０Ａの凸部２０Ｂを跨ぐようにしてボルト３２により固定されたブラケット３３と、ベース部材３４とで構成されている。また、燃料電池スタック１０の一端側（以下、一端側という）の締め付け構造部２２のバックアッププレート２０Ａに設けた取付部材２５は、バックアッププレート２０Ａに支持されたブラケット３５で構成されている。尚、この部分の構造は後述する図１２に示されているものと同様である。
【００１９】
ここで、一端側の締め付け構造部２２側のバックアッププレート２０Ａには、後述する連通孔用の配管取付座３６が設けられている。他端側の締め付け構造部２４に取り付けた取付部材２６のブラケット３３には、水平に形成された取付面３７が設けられ、この取付面３７には燃料電池スタック１０の長手方向に長い長孔３８が形成されている。
【００２０】
他端側の締め付け構造部２４に取り付けた取付部材２６のベース部材３４は、前記ブラケット３３の取付面３７に沿って配置されるもので、前記ブラケット３３の長孔３８に挿通された締結ボルト３９を螺合する図示しないねじ部と、車体パネル２７に対する取付部４０を備えている。
ここで、車体パネルに対する取付部４０は固定ボルト４１により車体パネル２７に取り付けられる。尚、一端側の締め付け構造部２２の取付部材２５、つまりブラケット３５側では、バックアッププレート２０Ａに図示しない配管類が接続されるため、ブラケット３５は車体パネル２７に対して固定ボルト４１でリジッドに固定される。
【００２１】
中間支持部材２８は、前述したように単位燃料電池セル１４の積層方向の中間部分に介装されるものであって、図４、図５に示すように、板状のプレート２９と、このプレート２９を車体パネル２７に取り付けるための設置用の取付部材３０とを備えている。尚、図４において、図示都合上取付部材３０のハッチングは省略する。
【００２２】
プレート２９は、その両面に位置する単位燃料電池セル１４を絶縁する、例えば樹脂から成る絶縁プレート４２と、この絶縁プレート４２を挟持するとともに絶縁プレート４２の面内で凹凸の一対の電気的結合ターミナル４３ａ、４３ｂにより両者を電気的に導通するターミナルプレート４４を有している。尚、図示都合上、図４、図５には、ターミナルプレート４４によって絶縁プレート４２が挟持された状態を示す。
【００２３】
図４に示すように、絶縁プレート４２、及び、ターミナルプレート４４には、幅方向の両端部に上下に水素ガス供給・排出用の連通孔４５と空気供給・排出用の連通孔４６が形成され、各プレート４２，４４の上下には冷却液供給・排出用の連通孔４７が形成され、冷却液用の連通孔４７に隣接して前記スタッドボルト１７の挿通孔４８が形成されている。
ここで、ターミナルプレート４４の連通孔４５，４６，４７の周囲にはシール材Ｓが取り付けられている。
【００２４】
図５に示すように、ターミナルプレート４４は、ともに隣接するセパレータ１５，１６に電気的に導通するもので、一方のターミナルプレート４４には凹状のターミナル４３ａが、他方のターミナルプレート４４には凸状のターミナル４３ｂが、各々絶縁プレート４２の中央部に形成された孔４９に対応する位置に設けられ、これら凹状のターミナル４３ａと凸状のターミナル４３ｂとが絶縁プレート４２の孔４９において嵌合して、前記両セパレータ１５，１６を電気的に導通させるようになっている。尚、ターミナルプレート４４の下縁は絶縁プレート４２の下縁よりもやや上側で終端しており、取付部材３０との間の電気的導通を回避している。
【００２５】
また、絶縁プレート４２には、図４、図５に上下方向に２箇所に挿通孔５０が形成され、この挿通孔５０に締結ボルト５１が挿通されており、後述する取付部材３０のナット５２に締め付け固定されるようになっている。ここで、締結ボルト５１の挿通孔５０の下端の周囲には後述する取付部材３０のガイド孔５３に支持されるテーパ部５４が形成されている。
【００２６】
取付部材３０は金属製の部材で、前記絶縁プレート４２の下側で絶縁プレート４２を支持するものである。取付部材３０には、前記絶縁プレート４２のテーパ部５４に対応する位置に装着孔５５が設けられ、ここに前記締結ボルト５１に螺合するナット５２が装着されている。ナット５２は装着孔５５に対して上側に抜けないように、底部に係止部５６が設けられ、この係止部５６が装着孔５５の上部周縁に設けられたつば部５７により抜け止めされる。
【００２７】
また、取付部材３０の両端部には、長孔５８が形成され（図３に示す）、この長孔５８に車体パネル２７に締め付けられる締結ボルト５９が挿通される。尚、この締結ボルト５９の周囲には、図４に示すように、絶縁材からなるつば付きカラー６０が設けられ、前述した絶縁プレート４２とともに車体パネル２７に対する絶縁を確実なものとしている。尚、車体パネル２７には絶縁処理が施されている。ここで、前記取付部材３０の長孔５８は、前記ブラケット３３の取付面３７の長孔３８とともに、燃料電池スタック１０の熱による積層方向での伸縮を許容するものである。よって、熱により伸縮する燃料電池スタック１０をリジッドに固定した場合のように燃料電池スタック１０の熱伸縮により応力が発生することを防止できる。
【００２８】
上記実施形態によれば、中間支持部材２８により燃料電池スタック１０の重心と支持点との距離が短くなる。つまり、燃料電池スタック１０の重心は、発電セル部のいずれかの位置にあるが、中間支持部材２８は単位燃料電池セル１４の積層方向の両端の取付部材２５，２６よりも重心の近傍を支持することとなる。したがって、その分だけ単位燃料電池セル１４の積層方向の両端の取付部材２５，２６にかかる負荷を軽減することが可能となるとともに、燃料電池スタック１０の支持点を増加することで、燃料電池スタック１０の固有振動数を高めることが可能となる。その結果、車両に衝撃が作用した場合の支持剛性を十分に確保して、耐衝撃性を高めることができる。
【００２９】
また、燃料電池スタック１０の支持点を増加すること、燃料電池スタック１０の固有振動数を高めることが可能となるため、車両走行中や発進及び停止の繰り返し等により作用する振動に対する耐振動性を高めることができる。
そして、前記中間支持部材２８は、単位燃料電池セル１４の積層方向の中間部分に挟み込まれたプレート２９と、設置用の取付部材３０を備えているため、単位燃料電池セル１４の積層構造を有効利用し、単位燃料電池セル１４間に挟持されたプレート２９を、取付部材３０を介して固定することができる。したがって、単位燃料電池セル１４間で強固にスタッドボルト１７により固定したプレート２９によって確実に荷重分担することができる。
【００３０】
さらに、前記プレート２９は、その両面に位置する単位燃料電池セル１４を絶縁する絶縁プレート４２と、この絶縁プレート４２を挟持するとともに絶縁プレート４２の面内で凹状、凸状の一対の電気的結合ターミナル４３ａ，４３ｂにより両者を電気的に導通するターミナルプレート４４，４４を有しているため、ターミナルプレート４４，４４により隣接する単位燃料電池セル１４間の電気的導通を確保するとともに、絶縁プレート４２を用いることで取付部材３０との間を絶縁する必要がなく取付部材３０を設置することが可能となる。
【００３１】
したがって、プレート２９と取付部材３０との間に絶縁部材を設けない分設置高さを低くすることができ、車載用として使用し、燃料電池スタック１０を床下に収納した場合に車室内空間をその分だけ広くすることができる。また、前記中間支持部材２８が、単位燃料電池セル１４の積層方向の中央部に配置されていることにより、前記両締め付け構造部２２，２４の重量バランスがとれれば燃料電池スタック１０をバランス良く支持でき、したがって、安定して燃料電池スタック１０を支持することができる。
【００３２】
次に、図６に模式的に示すのは、この発明の第１実施形態の他の態様であって、前記実施形態の中間支持部材２８を２組設けたものである。尚、図１と共通する部分には同一符号を付して説明は省略する。
この態様によれば、両端に設けられた取付部材２５，２６と２つの中間支持部材２８，２８により、さらに、各支持点における分担荷重が少なくなり、耐振性、耐衝撃性を向上させより一層安定して燃料電池スタック１０を支持することができる。
【００３３】
図７〜図９に示すのは、この発明の第２実施形態である。この実施形態は、中間支持部材のプレートのみが異なる以外は前記実施形態と同様であるので、同一部分に同一符号を付して重複する説明は省略する。
この実施形態における中間支持部材６１は、第１実施形態と同様に単位燃料電池セル１４の積層方向の中間部分に介装されるものであって、図８に示すように、金属製で板状のプレート６２と、このプレート６２を車体パネル２７に取り付けるための設置用の取付部材３０とを備えている。尚、取付部材３０は前記実施形態と同様の構成であるので同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
【００３４】
図８に断面図として示すように、プレート６２には、幅方向の両端部に上下に水素ガス供給・排出用の連通孔４５と空気供給・排出用の連通孔４６が形成され、上下には冷却液供給・排出用の連通孔４７が形成され、冷却液用の連通孔４７に隣接して前記スタッドボルト１７の挿通孔４８が形成されている。
ここで、プレート６２のスタッドボルト１７の挿通孔４８の周囲には、図９に示すように、電気的短絡を防止するため絶縁用の絶縁部材としての支持ラバー６３が設けられている。この支持ラバー６３には、内周に挿通方向に沿って複数の弾性リブ６４が形成されている。そして、この弾性リブ６４には挿通孔４８の開口部近傍に行くほど内径が大きくなるように形成されたテーパ部６５が設けられている。したがって、弾性リブ６４自身の弾性とテーパ部６５によりスタッドボルト１７を弾性的に支持でき、かつ、スタッドボルト１７をスムーズに挿通できるようになっている。尚、上記各連通孔４５，４６，４７の周囲は、前述した実施形態のプレート２９と同様に隣接するセパレータ１５，１６の周囲に設けられた図示しないシール材によりシールされる。
【００３５】
プレート６２は、前述したように隣接するセパレータ１５，１６との間で連通孔４５，４６，４７の周囲を（図示省略）シール材によりシールされるとともに、セパレータ１５，１６面に当接し、それ自体で２つの単位燃料電池セル１４を電気的に導通させるものである。また、プレート６２には、上下方向に２箇所に挿通孔５０が形成され、この挿通孔５０に締結ボルト５１が挿通されており、取付部材３０のナット５２に締め付け固定されるようになっている。ここで、締結ボルト５１の挿通孔５０の下端の周囲には取付部材３０のガイド孔５３に支持されるテーパ部５４が形成されている。
【００３６】
この実施形態においても、中間支持部材６１により燃料電池スタック１０の中央部を支持し、中間支持部材６１により荷重分担できる分だけ単位燃料電池セル１４の積層方向の両端の取付部材３０にかかる負荷を軽減することが可能となるとともに、燃料電池スタック１０の支持点を増加することで、燃料電池スタック１０の固有振動数を高めることが可能となる。その結果、車両が衝撃を受けた場合における支持剛性を十分に確保して、耐衝撃性を高めることができる。
【００３７】
また、燃料電池スタック１０の支持点を増加すること、燃料電池スタック１０の固有振動数を高めることが可能となるため、車両走行中や発進及び停止の繰り返し等により作用する振動に対する耐振動性を高めることができる。
そして、前記中間支持部材６１は、単位燃料電池セル１４の積層方向の中間部分に挟み込まれたプレート６２と、設置用の取付部材３０を備えているため、単位燃料電池セル１４の積層構造を有効利用し、燃料電池セル１４間に挟持されたプレート６２を、このプレート６２の取付部材３０を介して固定することができる。したがって、単位燃料電池セル１４間で強固に固定したプレート６２によって確実に荷重分担することができる。
さらに、前記プレート６２は、それ自体で単位燃料電池セル１４を確実に電気的に導通させることができ、両側に絶縁部材を設ける必要がないため、その厚さ方向の寸法を小さくすることができ、その結果、燃料電池スタック１０の前記積層方向の長さを短縮することができる。
【００３８】
したがって、車載用として使用した場合にその分だけ前後方向の長さを短くできるメリットがある。また、前記中間支持部材６１が、単位燃料電池セル１４の積層方向の中央部に配置されていることにより、前記両締め付け構造部２２，２４の重量バランスがとれれば燃料電池スタック１０をバランス良く支持でき、したがって、安定して燃料電池スタック１０を支持することができる点は前記実施形態と同様である。
また、プレート６２がその両側に位置する単位燃料電池セル１４同志を電気的に直接接続するものであるため、燃料電池スタック１０の支持機能に加えて、プレート６２を挟持する各単位燃料電池セル１４間を確実に機械的に接続することができる。
【００３９】
次に、図１０に基づいて、この発明の第３実施形態を説明する。この実施形態は、前記実施形態のプレート６２を改良したプレート（中間支持部材）６６としたものである。
プレート６６には、両側の下部に張り出す取付部６７が形成され、この取付部６７に前記締結ボルト５１より短い締結ボルト６８の挿通孔６９が形成されている。つまり、前記実施形態におけるプレート６２と取付部材３０とを一体化している。そして、挿通孔６９には絶縁材からなるつば付きカラー７０が挿通され、ここに締結ボルト６８が挿通されている。
【００４０】
したがって、この実施形態においては、前記実施形態の効果に加え、前記実施形態におけるプレート６２と取付部材３０とを一体化してプレート６６とすることで部品点数、組み付け工数を減少させることができる。また、締結ボルト６８が短くなった分だけ、ボルト挿通作業が行い易いメリットがある。
尚、この実施形態においても、水素ガス供給・排出用の連通孔４５と空気供給・排出用の連通孔４６が形成され、冷却液供給・排出用の連通孔４７が形成され、冷却液用の連通孔４７に隣接して前記スタッドボルト１７の挿通孔４８が形成されている点、プレート６６のスタッドボルト１７の挿通孔４８の周囲に、電気的短絡を防止するために支持ラバー６３が設けられている点等の基本的構成は前記実施形態と同様であるので、同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
次に、図１１に基づいて、この発明の第４実施形態を簡単に説明する。
この実施形態は、中間支持部材７１が第１実施形態の絶縁プレート４２に類似した絶縁プレート７２と取付部材３０とで構成され、絶縁プレート７２は電極プレート７３に挟持されている。絶縁プレート７２には前述した実施形態のような凹状、凸状のターミナルを挿入する孔は設けられおらず、各電極プレート７３は結線７４により接続されている。尚、他の構成については、第１実施形態と同様であるので、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
【００４２】
この実施形態においても、第１実施形態と同様に、絶縁プレート７２と取付部材３０により燃料電池スタック１０の中央部を支持できるため、車両が衝撃を受けた場合における支持剛性を十分に確保して、耐衝撃性を高めることができる。また、燃料電池スタックの支持点が増加し、燃料電池スタックの固有振動数を高めることが可能となるため、車両走行中や発進及び停止の繰り返し等により作用する振動に対する耐振動性を高めることができる。
【００４３】
次に、図１２に基づいて、この発明の第５実施形態について説明する。尚、前記第１実施形態と同一部分については同一符号を付す。
この実施形態の燃料電池スタック１０は、積層された単位燃料電池セル１４の間に、中間支持部材を構成するいかなる部材も挟持されていない。
この実施形態においても、単位燃料電池セル１４の積層体の両端部側には電極プレート１８が設けられ、一端側の電極プレート１８の外側には、絶縁板１９を介してエンドプレート２０とバックアッププレート２０Ａ間に、図示しない皿ばねが介装された締め付け構造部２２が設けられている。
【００４４】
また、他端側の電極プレート１８の外側には、絶縁板１９を介してエンドプレート２０とバックアッププレート２０Ａ間に図示しない緩衝部材（ワッシャー）が介装された締め付け構造部２４が設けられている。
そして、一端側の締め付け構造部２２のバックアッププレート２０Ａには、その凸部２０Ｂを介して設置用のブラケット（取付部材）３５が設けられ、また、他端側の締め付け構造部２４のバックアッププレート２０Ａに設置用の取付部材２６が設けられている。尚、ブラケット３５は固定ボルト４１により車体パネル２７に固定されている。
【００４５】
ここで、この実施形態における中間支持部材は、単位燃料電池セル１４の外周を囲むように設けられたコの字状のブラケット７５である。このブラケット７５は発電セル部の積層方向の中央部に取り付けられている。ブラケット７５の両端の下部には取付部７６が設けられ、この取付部７６に、燃料電池セル１４の積層方向に長い長孔７７が例えば２つ形成され、この長孔７７に締結ボルト７８が挿通されている。ここで、前記ブラケット７５の内側、つまり、単位燃料電池セル１４に接触する面には絶縁プレート７９が介装されている。そして、このブラケット７５の取付部７６が絶縁処理が施された車体パネル２７に取り付けられるようになっている。尚、図１２において、隠れている燃料電池スタック１０の他端側の構造は図３と同様である。
【００４６】
したがって、この実施形態においても、第１実施形態と同様に、ブラケット７５により燃料電池スタック１０の中央部を支持することができるため、車両が衝撃を受けた場合における支持剛性を十分に確保して、耐衝撃性を高めることができる。また、燃料電池スタック１０の支持点が増加し、燃料電池スタック１０の固有振動数を高めることが可能となるため、車両走行中や発進及び停止の繰り返し等により作用する振動に対する耐振動性を高めることができる。
【００４７】
また、燃料電池スタック１０に対してブラケット７５を後付けで追加することが可能となるため、燃料電池スタック１０自体に支持のための特別な構造が必要なくなるため、構造が簡素化するメリットがある。そして、比較的薄い部材で済むため、重量増加を抑えることができ、燃料電池スタック１０の高さ寸法を抑えることができ、また、プレートを介在した実施形態に比較して長さ寸法を短縮できるためスペースを取らない点でも有利となる。
【００４８】
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、両締め付け構造部を設けない燃料電池スタックにも適用できる。また、中間支持部材の設置数は３箇所以上であってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、中間支持部材により燃料電池スタックの重心と支持点との距離を短くして、単位燃料電池セルの積層方向の両端の取付部材にかかる負荷を軽減することが可能となるため、車両が衝撃を受けた場合における支持剛性を十分に確保して、耐衝撃性を高めることができるという効果がある。また、燃料電池スタックの支持点を増加すること、燃料電池スタックの固有振動数を高めることが可能となるため、車両走行中や発進及び停止の繰り返し等により作用する振動に対する耐振動性を高めることができるという効果がある。
【００５０】
請求項２に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、単位燃料電池セルの積層構造を有効利用し、燃料電池セル間に挟持されたプレートを、このプレートの取付部材を介して固定することが可能となるため、単位燃料電池セル間で強固に固定したプレートによって確実に荷重分担することができるという効果がある。
【００５１】
請求項３に記載した発明によれば、請求項２の効果に加えて、燃料電池の支持機能に加えて、プレートを挟持する各単位燃料電池セル間を確実に接続することが可能となるため、各単位燃料電池セルの電気的な接続に悪影響を与えることはないという効果がある。
【００５２】
請求項４に記載した発明によれば、請求項２の効果に加え、ターミナルプレートにより隣接する単位燃料電池セル間の電気的導通を確保するとともに、絶縁プレートを用いることで取付部材との間を絶縁する必要がなく取付部材を設置することが可能となるため、取付部材との間に絶縁部材を設けない分設置高さを低くすることが可能となるという効果がある。
【００５３】
請求項５に記載した発明によれば、請求項１〜請求項４の効果に加え、燃料電池スタックをバランス良く支持することが可能となるため、安定して燃料電池スタックを支持することができる効果がある。
【００５４】
請求項６に記載した発明によれば、請求項１又は請求項２の効果に加え、燃料電池スタックに対して後付けで追加することが可能となるため、燃料電池スタック自体に支持のための特別な構造が必要なくなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１実施形態の模式的正面図である。
【図２】  図１のＡ部拡大図である。
【図３】  この発明の第１実施形態の斜視図である。
【図４】  この発明の第１実施形態の中間支持部材の平面図である。
【図５】  図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】  この発明の第１実施形態の他の態様を示す模式的正面図でる。
【図７】  この発明の第２実施形態の模式的正面図である。
【図８】  この発明の第２実施形態の中間支持部材の正断面図である。
【図９】  図８のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１０】  この発明の第３実施形態の中間支持部材の正断面図である。
【図１１】  この発明の第４実施形態の模式的正面図である。
【図１２】  この発明の第５実施形態の斜視図である。
【図１３】  従来技術の模式的正面図である。
【符号の説明】
１１  固体高分子電解質膜
１２  アノード側電極
１３  カソード側電極
１４  単位燃料電池セル
１５，１６  セパレータ
２０  エンドプレート
２０Ａ  バックアッププレート（エンドプレート）
２５，２６  取付部材
２８  中間支持部材
２９  プレート
３０  取付部材
４２  絶縁プレート
４３ａ，４３ｂ  ターミナル
４４  ターミナルプレート
６１  中間支持部材
６２  プレート
６６  プレート（中間支持部材）
７１  中間支持部材
７５  ブラケット（中間支持部材）
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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