本発明は、燃料電池及びそれを搭載した車両に関する。

従来、このような分野の技術として、例えば特許文献1に記載されるものがある。この特許文献1に記載の燃料電池は、車両に搭載されており、複数の燃料電池セルが積層されるセル積層体と、セル積層体の積層方向の端部に配置されるエンドプレートと、セル積層体及びエンドプレートを収容するスタックケースとを備えている。

特開2002−367663号公報

しかし、上述した燃料電池では、外部からの衝撃を受ける場合があり、衝撃によってセル積層体がスタックケースから露出する可能性がある。このため、スタックケースからセル積層体の露出を抑制することが求められている。

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、スタックケースからセル積層体の露出を抑制することができる燃料電池及びそれを搭載した車両を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池は、複数の燃料電池セルが積層されるセル積層体と、前記セル積層体の積層方向の両端部に配置される一対のエンドプレートと、前記セル積層体及び前記エンドプレートを収容するスタックケースと、を備える燃料電池であって、前記スタックケースは、底面部と、前記エンドプレートに対向し、且つ前記底面部よりも剛性の高い一対のエンドプレート対向部と、前記セル積層体の積層方向に延設する一対の側面部と、前記側面部と前記エンドプレート対向部との角部の近傍に配置されるとともに、前記底面部を挟んで前記側面部の外壁に設けられる二対のマウント部と、を有し、前記マウント部は、前記側面部と前記エンドプレート対向部とを連結するように形成され、前記底面部は、対となる前記マウント部同士を結ぶ位置に配置されるとともに下方に突出するリブ部を有し、前記セル積層体の積層方向において、前記リブ部は隣接した前記エンドプレート対向部から離れて配置されていることを特徴としている。

本発明に係る燃料電池では、底面部において対となるマウント部同士を結ぶ位置にリブ部が配置され、且つ該リブ部が隣接したエンドプレート対向部から離れて配置されているので、底面部におけるエンドプレート対向部とリブ部との間の部分は、リブ部が配置された部分と比べて相対的に剛性が低くなる。また、エンドプレート対向部の剛性が底面部よりも高い。このため、仮にエンドプレート対向部側からの衝撃を受けた場合、底面部におけるエンドプレート対向部とリブ部との間の部分を破断させることで、衝撃を吸収し、スタックケースの破壊を防止することができる。加えて、マウント部は側面部とエンドプレート対向部とを連結するように形成されるため、該マウント部を介して側面部とエンドプレート対向部とを繋ぐことにより、破損時におけるエンドプレート対向部の脱落を防止することができる。その結果、スタックケースからセル積層体の露出を抑制することができる。

本発明に係る燃料電池車両は、上述の燃料電池を、前記積層体の積層方向が車両の前後方向と一致するように搭載したことを特徴としている。このようにすれば、車両の前後方向からの衝撃を受けた場合に、セル積層体がスタックケースから露出することを抑制できる。

本発明に係る燃料電池車両は、上述の燃料電池を、前記積層体の積層方向が車両の幅方向と一致するように搭載したことを特徴としている。このようにすれば、車両の幅方向からの衝撃を受けた場合に、セル積層体がスタックケースから露出することを抑制できる。

本発明によれば、スタックケースからセル積層体の露出を抑制することができる。

実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。

実施形態に係る燃料電池を示す平面図である。

マウント部を示す拡大側面図である。

図2のX−X線に沿う断面図である。

衝撃を受けた場合の破断状況を説明するための模式断面図である。

燃料電池を搭載した車両を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明に係る燃料電池及びそれを搭載した車両の実施形態について説明するが、本発明に係る燃料電池は、車両のほか、船舶、航空機、電車、建物の発電設備にも適用される。

<燃料電池> 図1は実施形態に係る燃料電池を示す斜視図であり、図2は実施形態に係る燃料電池を示す平面図であり、図3はマウント部を示す拡大側面図であり、図4は図2のX−X線に沿う断面図である。なお、図2において、スタックケースに収容されたセル積層体の構造等をより分かり易くするために、天面部を取り外した状態を示す。

本実施形態の燃料電池1は、例えば駆動源として車両のフロントルームに搭載されており、複数の燃料電池セル31が積層されるセル積層体3と、セル積層体3の積層方向の両端部に配置される一対のエンドプレート4,5と、セル積層体3及びエンドプレート4,5を収容するスタックケース2とを主に備えている。

セル積層体3は、複数の燃料電池セル31を積層してなるセルスタックであり、固体高分子電解質型燃料電池を構成する。図示しないが、燃料電池セル31は、例えば高分子電解質膜がアノード電極及びカソード電極により挟持されてなる膜電極接合体と、該膜電極接合体を両側から挟み込む一対のセパレータとを有する。この燃料電池セル31は、カソード電極側のセパレータを介して供給された空気中の酸素ガスと、アノード電極側のセパレータを介して供給された水素ガスとの電気化学反応により発電する。そして、複数の燃料電池セル31は、エンドプレート4,5によって所定の圧縮荷重で締結固定されている。

スタックケース2は、アルミニウムなどの金属材料によって矩形箱状に形成されている。このスタックケース2は、底面部21と、天面部22と、エンドプレート4,5と対向する一対のエンドプレート対向部23,24と、セル積層体3の積層方向に延設する一対の側面部25,26とを有する。なお、底面部21、天面部22、エンドプレート対向部23,24及び側面部25,26の外表面には、格子状の補強リブをそれぞれ設けても良い。

本実施形態では、エンドプレート対向部23,24の剛性は、底面部21の剛性よりも高くなっている。具体的には、エンドプレート対向部23,24は、底面部21と同じ金属材料で形成されているが、その板厚が底面部21より大きく、言い換えれば底面部21よりも厚くなっている。なお、ここで、エンドプレート対向部23,24に相対的に剛性の高い金属材料、底面部21に相対的に剛性の低い金属材料をそれぞれ用いることにより、両者間の剛性の差を実現しても良い。

また、スタックケース2は、該スタックケース2を車体(図示せず)に取り付けて固定するための二対のマウント部27a〜27dを有する。図2に示すように、これらの二対のマウント部27a〜27dは、側面部25,26とエンドプレート対向部23,24との角部の近傍に配置されるとともに、底面部21を挟んで側面部25,26の外壁に設けられている。

具体的には、マウント部27aは側面部25の外壁であってエンドプレート対向部24に隣接した位置、マウント部27bは側面部25の外壁であってエンドプレート対向部23に隣接した位置にそれぞれ配置されている。一方、マウント部27cは側面部26の外壁であってエンドプレート対向部24に隣接した位置、マウント部27dは側面部26の外壁であってエンドプレート対向部23に隣接した位置にそれぞれ配置されている。

そして、マウント部27aとマウント部27cとは、底面部21を挟んで底面部21の両側に配置され、対となっている。一方、マウント部27bとマウント部27dとは、底面部21を挟んで底面部21の両側に配置され、対となっている。これらのマウント部27a〜27dは、構造が同じであるので、以下ではマウント部27bのみを挙げてその構造を説明する。

図3に示すよう、マウント部27bは、側面部25及びそれに隣接したエンドプレート対向部23を連結する連結部271と、連結部271の下方に配置されて車体に取り付けるための取付部272と、を有する。連結部271は、燃料電池セル31の積層方向において、側面部25からエンドプレート対向部23までの範囲に亘って、側面部25及びエンドプレート対向部23と一体的に形成されている。

取付部272には、ボルトを挿通できる貫通孔272aが設けられている。図3に示すように、取付部272の下面は、底面部21の下面よりも更に下方に位置する。このような構造を有するマウント部27bは、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、側面部25及びエンドプレート対向部23,24と一体化されている。

図1に示すように、底面部21は、対となるマウント部27a,27c同士を結ぶ位置に配置されたリブ部28と、対となるマウント部27b,27d同士を結ぶ位置に配置されたリブ部29とを有する。リブ部28,29は、底面部21の下面から下方に突出するように形成されている。リブ部28,29の突出によってスタックケース2の車体への取付に影響を与えないように、リブ部28,29の下面はマウント部27bの取付部272の下面よりも高くなっている(図3及び図4参照)。

また、燃料電池セル31の積層方向において、リブ部28は隣接したエンドプレート対向部24から所定の距離で離れて配置され、リブ部29は隣接したエンドプレート対向部23から所定の距離で離れて配置されている。

このように構成された燃料電池1では、底面部21において対となるマウント部27a〜27d同士を結ぶ位置にリブ部28,29が配置され、且つリブ部28は隣接したエンドプレート対向部24から所定の距離で離れて配置され、リブ部29は隣接したエンドプレート対向部23から所定の距離で離れて配置されているので、底面部21におけるエンドプレート対向部23,24とリブ部28,29との間の部分は、リブ部28,29が配置された部分と比べて相対的に剛性が低くなる。

ここで、図5に示すエンドプレート対向部23、底面部21及びリブ部29の例を挙げて詳細に説明する。すなわち、底面部21におけるエンドプレート対向部23とリブ部29との間の部分は、リブ部29が配置された部分と比べて相対的に剛性が低くなる。また、上述したようにエンドプレート対向部23の剛性は底面部21よりも高い。従って、例えばエンドプレート対向部23側からの衝撃Fを受けた場合、底面部21におけるエンドプレート対向部23とリブ部29との間の部分を破断させることで、衝撃を吸収し、スタックケース2の破壊を防止することができる。

また、マウント部27bは側面部25及びそれに隣接したエンドプレート対向部23を連結する連結部271を有するので、該連結部271を介して側面部25とエンドプレート対向部23とを繋ぐことで、破損時におけるエンドプレート対向部23の脱落を防止することができる。その結果、スタックケース2からセル積層体3の露出を抑制することができ、セル積層体3の露出による感電の発生を防止することができる。これと同様に、仮にエンドプレート対向部24側からの衝撃を受けた場合、底面部21におけるエンドプレート対向部24とリブ部28との間の部分を破断させることで、スタックケース2の破壊を防止でき、スタックケース2からセル積層体3の露出を抑制することができる。

<燃料電池を備えた車両> 図6は燃料電池を搭載した車両を示す模式図である。本実施形態の車両10は、上述の燃料電池1を備えている。そして、燃料電池1は、セル積層体3の積層方向が車両の前後方向と一致した状態でフロントルームに搭載されている。この場合、エンドプレート対向部23,24が車両の前後方向に面することになる。

このように構成された車両10では、燃料電池1を備えたので、車両の前後方向からの衝撃を受けた場合に、セル積層体3がスタックケース2から露出することを抑制できる。

なお、燃料電池1は、セル積層体3の積層方向が車両の幅方向と一致した状態でフロントルームに搭載されても良い。この場合、エンドプレート対向部23,24は車両の幅方向に面することになる。このようにすれば、車両の幅方向からの衝撃を受けた場合に、セル積層体3がスタックケース2から露出することを抑制できる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

1 燃料電池 2 スタックケース 3 セル積層体 4,5 エンドプレート 10 車両 21 底面部 22 天面部 23,24 エンドプレート対向部 25,26 側面部 27a,27b,27c,27d マウント部 28,29 リブ部 31 燃料電池セル 271 連結部 272 取付部