燃料電池スタック及びその荷重制御方法
【課題】小型化及び軽量化を図るとともに、外部荷重による発電セルの横ずれを可及的に阻止することを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１５が積層された燃料電池１６を備え、前記発電セル１５の積層方向端部とバックアッププレート２４との間には、加圧ユニット２６が介装される。加圧ユニット２６は、油圧により積層方向に加圧力を付与するシリンダ部６０と、前記シリンダ部６０に接続される油圧供給配管６４に配置され、前記油圧を供給するコンプレッサ７０と、前記油圧供給配管６４に接続され、燃料電池１６に所定値以上の衝撃荷重が付与された際、前記コンプレッサ７０に代えて前記シリンダ部６０に前記油圧を供給する蓄圧部７６とを備える。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１５が積層された燃料電池１６を備え、前記発電セル１５の積層方向端部とバックアッププレート２４との間には、加圧ユニット２６が介装される。加圧ユニット２６は、油圧により積層方向に加圧力を付与するシリンダ部６０と、前記シリンダ部６０に接続される油圧供給配管６４に配置され、前記油圧を供給するコンプレッサ７０と、前記油圧供給配管６４に接続され、燃料電池１６に所定値以上の衝撃荷重が付与された際、前記コンプレッサ７０に代えて前記シリンダ部６０に前記油圧を供給する蓄圧部７６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池と、
前記発電セルの積層方向端部に配置され、前記燃料電池に前記積層方向に荷重を付与する加圧ユニットとを備える燃料電池スタック及びその荷重制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子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及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）が、セパレータによって挟持された発電セル（単位セル）を備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、車載用燃料電池スタック等として使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池スタックでは、所望の発電性能を得るとともに、所望のシール機能を発揮させる必要がある。このため、複数の発電セルに対して積層方向に締め付け荷重を確実に付与し、しかも前記発電セルが前記積層方向に交差する発電面方向に位置ずれを惹起することを阻止することが望まれている。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の組み立て方法が知られている。この組み立て方法では、図５に示すように、スタック加圧用の加圧板１の四隅にセル組立用位置決め穴２が穿設され、この位置決め穴２には、端面を面取りした長いＰＴＦＥ製のノックピン３が挿入されるとともに、前記ノックピン３が直立されている。次に、位置決め穴２が穿設されたカーボンプレート４、ナフィオン膜５及び触媒電極６を有するセル７が、順次、ノックピン３に位置決めされて積層されることにより、スタック８が構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１３４７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１では、スタック８に積層方向に直交する方向（発電面方向）に衝撃荷重が付与された際、セル７の横ずれを防止するためにノックピン３を利用しようとすると、前記ノックピン３を相当に大径に構成する必要がある。これにより、スタック８全体が大型化するとともに、前記スタック８の重量が大きくなるという問題がある。
【０００７】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、小型化及び軽量化を図るとともに、外部荷重による発電セルの横ずれを可及的に阻止することが可能な燃料電池スタック及びその荷重制御方法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】
【０００８】
本発明は、電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池と、前記発電セルの積層方向端部に配置され、前記燃料電池に前記積層方向に荷重を付与する加圧ユニットとを備える燃料電池スタック及びその荷重制御方法に関するものである。
【０００９】
この燃料電池スタックでは、加圧ユニットは、圧力媒体により積層方向に加圧力を付与するシリンダ部と、前記シリンダ部に接続される供給配管に配置され、前記圧力媒体を供給するコンプレッサと、前記供給配管に接続され、燃料電池に所定値以上の衝撃荷重が付与された際、前記コンプレッサに代えて前記シリンダ部に前記圧力媒体を供給する蓄圧部とを備えている。
【００１０】
また、この燃料電池スタックは、燃料電池車両に搭載されるとともに、前記燃料電池車両は、衝撃検出センサからの検出信号に基づいて、コンプレッサを停止させる一方、蓄圧部の開放制御を行うコントローラを備えることが好ましい。
【００１１】
さらに、この荷重制御方法は、加圧ユニットにより燃料電池に荷重を付与する工程と、前記燃料電池に所定値以上の衝撃荷重が付与されたか否かを判断する工程と、前記燃料電池に前記衝撃荷重が付与されたと判断した際、前記加圧ユニットに接続された蓄圧部を開放して該加圧ユニットに圧力媒体を供給し、前記燃料電池に付与される荷重を増加させる工程とを有している。
【００１２】
さらにまた、この荷重制御方法では、燃料電池スタックに衝撃荷重が付与されたと判断した際、燃料電池を負荷電力線に接続するコンタクタ及び蓄電装置を前記負荷電力線に接続するコンタクタを遮断する一方、蓄圧部を開放して前記加圧ユニットに圧力媒体を供給することが好ましい。
【００１３】
また、この荷重制御方法では、燃料電池に所定値未満の衝撃荷重が付与されたと判断した際、加圧ユニットに接続されたコンプレッサから前記加圧ユニットに圧力媒体を供給し、前記燃料電池に付与される荷重を増加させる工程を有することが好ましい。
【００１４】
さらに、この荷重制御方法では、燃料電池に衝撃荷重が付与されていないと判断した際、前記燃料電池に付与されている荷重が規定荷重範囲内に維持されるように、加圧ユニットに供給される圧力媒体の供給量を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料電池に所定値以上の衝撃荷重が付与された際、蓄圧部が開放されてシリンダ部に圧力媒体が供給されることにより、前記燃料電池の締め付け荷重が増加される。
【００１６】
このため、燃料電池に衝突等の衝撃が加えられた際に、蓄圧部を介して前記燃料電池の締め付け荷重が有効に増加され、発電セル間の静摩擦力が増加する。これにより、燃料電池スタック全体の小型化及び軽量化を図るとともに、外部荷重による発電セルの横ずれを可及的に阻止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックが組み込まれる燃料電池システムの概略説明図である。
【図２】前記燃料電池スタックを構成する発電セルの要部分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池システムを構成する回路説明図である。
【図４】前記燃料電池スタックの荷重制御方法を説明するフローチャートである。
【図５】特許文献１に開示された燃料電池の組み立て方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、車載用燃料電池システム１２に組み込まれるとともに、この燃料電池システム１２は、燃料電池自動車（燃料電池車両）１４に搭載される。燃料電池スタック１０は、燃料電池自動車１４の床下、センターコンソール、フロントボックス（エンジンルーム）又はリアボックス（トランクルーム）等に収容される。
【００１９】
燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１５が矢印Ａ方向（鉛直方向）に積層される燃料電池１６を備え、前記燃料電池１６の積層方向両端には、ターミナルプレート１８ａ、１８ｂ、絶縁プレート２０ａ、２０ｂ及びエンドプレート２２ａ、２２ｂが配置される。なお、複数の発電セル１５は、水平方向（図２中、矢印Ｂ方向又は矢印Ｃ方向）に積層して構成してもよい。
【００２０】
発電セル１５の積層方向端部であるエンドプレート２２ａとバックアッププレート２４との間には、燃料電池１６に積層方向に荷重を付与する加圧ユニット２６が介装される。エンドプレート２２ｂとバックアッププレート２４とは、四隅に配置されるタイロッド２７を介して積層方向に締め付け力が付与される。タイロッド２７には、内部に流体を封入したブラッダー２８が設けられるとともに、前記ブラッダー２８内には、伸縮可能な過荷重防止機構（シリンダ機構）２９が構成される。
【００２１】
図２に示すように、発電セル１５は、電解質膜・電極構造体３０が、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４に挟持される。第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属セパレータやカーボンセパレータ等により構成される。 発電セル１５の矢印Ｂ方向（水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスである空気を供給するための酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、及び燃料ガスである水素ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３８ａが、矢印Ｃ方向（水平方向）に配列して設けられる。
【００２２】
発電セル１５の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３６ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２３】
発電セル１５の矢印Ｃ方向の両端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔４０ａ、及び前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔４０ｂが設けられる。
【００２４】
第１セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとに連通する酸化剤ガス流路４２が設けられる。
【００２５】
第２セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとに連通する燃料ガス流路４４が設けられる。
【００２６】
互いに隣接する発電セル１５を構成する第１セパレータ３２の面３２ｂと、第２セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔４０ａと冷却媒体出口連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路４６が設けられる。
【００２７】
第１セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、第１シール部材４８が、一体的又は個別に設けられるとともに、第２セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、第２シール部材５０が、一体的に又は個別に設けられる。
【００２８】
第１シール部材４８及び第２シール部材５０は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。
【００２９】
電解質膜・電極構造体３０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜５２と、前記固体高分子電解質膜５２を挟持するカソード側電極５４及びアノード側電極５６とを備える。
【００３０】
カソード側電極５４及びアノード側電極５６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜５２の両面に形成される。
【００３１】
図１に示すように、エンドプレート２２ｂには、図示しないマニホールド配管が接続され、燃料電池１６に対して酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体がそれぞれ供給並びに排出される。
【００３２】
加圧ユニット２６は、圧力媒体、例えば、油圧（又は空気圧）により積層方向（矢印Ａ方向）に加圧力を付与する複数のシリンダ部６０と、各シリンダ部６０により付与される荷重を計測する複数の荷重計測センサ部６２とを備える。各シリンダ部６０は、図示しない押圧プレートに連結され、前記押圧プレートが油圧によってエンドプレート２２ａを積層方向に押圧する。
【００３３】
バックアッププレート２４には、各シリンダ部６０に連通する油圧供給配管６４の一端が接続される。油圧供給配管６４には、三方弁（パージ弁）６６を介してパージ配管６８が接続されるとともに、コンプレッサ７０が油圧配管７２を介して接続される。この油圧配管７２には、開閉弁７４が配置される。油圧供給配管６４の他端には、蓄圧部（アキュムレータ）７６が開閉弁７８を介して配置される。
【００３４】
蓄圧部７６は、後述するように、燃料電池１６に所定値以上の衝撃荷重が付与された際、制御ユニット（コントローラ）８０を介しコンプレッサ７０に代えてシリンダ部６０に油圧を供給する。制御ユニット８０は、三方弁６６、開閉弁７４及び７８の開閉制御を行う一方、荷重計測センサ部６２からの検出信号を入力する。この制御ユニット８０には、さらに燃料電池自動車１４に取り付けられた衝撃センサ（例えば、加速度センサ）８２からの検出信号が入力される。
【００３５】
図３に示すように、燃料電池（ＦＣ）１６の電力出力には、バスライン９０の一端が接続されるとともに、前記バスライン９０の他端がインバータ９２に接続される。直流を三相の交流に変換するインバータ９２には、三相の車両走行用の走行モータ（負荷）９４が接続される。バスライン９０の他端には、燃料電池１６を運転させるための補機類（例えば、酸化剤ガス供給装置、燃料ガス供給装置及び冷却媒体供給装置等を含む）９６が接続される。
【００３６】
バスライン９０には、ＦＣコンタクタ９８が配設されるとともに、バッテリコンタクタ１００を介してバッテリ１０２が接続される。バッテリ１０２は、燃料電池１６からの電力を充電する一方、負荷９４及び補機類９６に電力を供給することができる。
【００３７】
このように構成される燃料電池システム１２の動作について、以下に説明する。
【００３８】
先ず、燃料電池システム１２の起動時には、図３に示すように、バッテリコンタクタ１００が閉塞されてバッテリ１０２が補機類９６に接続される。このため、図１に示すように、燃料電池スタック１０には、エンドプレート２２ｂを介して酸素含有ガス等の酸化剤ガス（以下、空気ともいう）、水素含有ガス等の燃料ガス（以下、水素ガスともいう）及び純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。従って、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の発電セル１５に対し、空気、水素ガス及び冷却媒体が、それぞれ矢印Ａ方向に供給される。
【００３９】
これにより、図２に示すように、空気は、酸化剤ガス入口連通孔３６ａから第１セパレータ３２の酸化剤ガス流路４２に導入される。空気は、矢印Ｂ方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体３０を構成するカソード側電極５４に供給される。
【００４０】
一方、水素ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａから第２セパレータ３４の燃料ガス流路４４に導入される。この水素ガスは、矢印Ｂ方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体３０を構成するアノード側電極５６に供給される。
【００４１】
従って、電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極５４に供給される空気中の酸素と、アノード側電極５６に供給される水素ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。燃料電池１６から所望の電力が得られると、図３に示すように、ＦＣコンタクタ９８が閉塞されて前記燃料電池１６から走行モータ９４に電力が供給され、燃料電池自動車１４が走行可能になる。
【００４２】
次いで、カソード側電極５４に供給されて酸素が消費された空気は、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、アノード側電極５６に供給されて消費された水素ガスは、燃料ガス出口連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００４３】
また、冷却媒体入口連通孔４０ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｃ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４０ｂから排出される。
【００４４】
次に、本実施形態に係る荷重制御方法について、図４に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
【００４５】
制御ユニット８０は、燃料電池自動車１４の走行時に、衝撃センサ８２からの検出信号を入力し、検出された衝撃センサ値Ａを読み込む（ステップＳ１）。そして、ステップＳ２に進んで、読み込まれた衝撃センサ値Ａが、正常であるか否かが判断される。具体的には、衝撃センサ値Ａ＜衝突判断閾値（水素供給弁を遮断して燃料電池スタック１０の運転を停止する必要がある大きな衝撃値）Ａｃであるか否かが判断される。
【００４６】
衝撃センサ値Ａ＜衝突判断閾値Ａｃであると、すなわち、正常である（衝突ではない）と判断されると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、ステップＳ３に進んで、必要スタック（ＳＴＫ）荷重Ｆｍｉｎが算出され出力される。ここで、必要スタック荷重Ｆｍｉｎは、発電セル１５に横ずれが発生しないために必要最低のスタック荷重である。
【００４７】
必要スタック荷重Ｆｍｉｎは、衝撃センサ値に応じて算出され、Ｆｍｉｎ＝Ｓ１・Ｆｓ／μ＝Ｓ１・Ａ・ｍ・ｇ／μから求められる。なお、Ｓ１は、必要スタック荷重Ｆｍｉｎの算出に必要な安全率であり、Ｆｓは、衝撃時に発生する発電セル１５の横ずれせん断力（Ｆｓ＝Ａ・ｍ・ｇ）であり、μは、発電セル１５間の静摩擦係数である。ｍは、スタック重量であり、ｇは、重力加速度である。
【００４８】
さらに、ステップＳ４に進んで、最大スタック荷重Ｆｍａｘが出力される。ここで、最大スタック荷重Ｆｍａｘは、発電セル１５に横ずれが発生しないために十分な最大のスタック荷重である。なお、スタック荷重が高いほど、経年荷重へたりが早いため、不必要に高いスタック荷重とならないように、最大スタック荷重Ｆｍａｘを設定する必要がある。最大スタック荷重Ｆｍａｘは、Ｆｍａｘ＝Ｆｍｉｎ・Ｓ２から求められる。Ｓ２は、最大スタック荷重Ｆｍａｘの算出に必要な係数である。
【００４９】
そして、ステップＳ５に進んで、制御ユニット８０は、荷重計測センサ部６２からの検出信号を入力することにより、燃料電池１６に付与されている締め付け荷重であるスタック荷重センサ値Ｆｓｔｋを読み込む。さらに、ステップＳ６では、燃料電池スタック１０に必要なスタック荷重が付与されているか否かが判断される。
【００５０】
ステップＳ６において、必要スタック荷重Ｆｍｉｎ＞スタック荷重センサ値Ｆｓｔｋであると判断されると（ステップＳ６中、ＹＥＳ）、すなわち、燃料電池スタック１０に必要なスタック荷重が付与されていないと判断されると、ステップＳ７に進む。
【００５１】
ステップＳ７では、図１に示すように、開閉弁７４が開放されてコンプレッサ７０から油圧配管７２を介して油圧供給配管６４に油圧が供給され、各シリンダ部６０が前記油圧によりエンドプレート２２ａを積層方向に押圧する。このため、燃料電池スタック１０に付与されるスタック荷重が増加される。
【００５２】
一方、ステップＳ６において、スタック荷重センサ値Ｆｓｔｋが、必要スタック荷重Ｆｍｉｎよりも高いと判断されると（ステップＳ６中、ＮＯ）、すなわち、燃料電池スタック１０に必要なスタック荷重が付与されていると判断されると、ステップＳ８に進む。このステップＳ８では、燃料電池スタック１０に最大スタック荷重Ｆｍａｘを超えるスタック荷重が付与されているか否かが判断される。
【００５３】
スタック荷重センサ値Ｆｓｔｋ＞最大スタック荷重Ｆｍａｘであると判断されると（ステップＳ８中、ＹＥＳ）、すなわち、燃料電池スタック１０に最大スタック荷重Ｆｍａｘを超えるスタック荷重が付与されていると判断されると、ステップＳ９に進む。
【００５４】
このステップＳ９では、図１に示すように、三方弁６６が操作されて油圧供給配管６４からパージ配管６８に油圧が排出される。従って、各シリンダ部６０に供給される油圧が削減され、燃料電池スタック１０に付与されるスタック荷重が低下される。
【００５５】
また、ステップＳ２において、衝撃センサ値Ａが、衝突判断閾値Ａｃを超えていると判断されると（ステップＳ２中、ＮＯ）、ステップＳ１０に進み、電力の供給が停止される。具体的には、図３に示すように、ＦＣコンタクタ９８及びバッテリコンタクタ１００が開放されて、燃料電池１６及びバッテリ１０２からの電力供給が停止される。
【００５６】
次いで、ステップＳ１１に進んで、開閉弁７８が開放されることにより、蓄圧部７６に貯留されている油圧が、油圧供給配管６４に供給される。これにより、各シリンダ部６０は、油圧によりエンドプレート２２ａを積層方向に押圧し、燃料電池スタック１０に付与されるスタック荷重が増加される。
【００５７】
この場合、本実施形態では、燃料電池１６に所定値以上の衝撃荷重（衝突判断閾値Ａｃ）が付与された際、コンプレッサ７０に代えて蓄圧部７６が開放されて各シリンダ部６０に油圧が供給されている。このため、燃料電池自動車１４から燃料電池１６に衝突等の衝撃が加えられた際、蓄圧部７６の開放作用下に、前記燃料電池１６の締め付け荷重が有効に増加される。
【００５８】
これにより、発電セル１５間の静摩擦力が増加し、燃料電池スタック１０全体の小型化及び軽量化を図るとともに、外部荷重による発電セル１５の横ずれを可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
【００５９】
一方、衝撃センサ値Ａが、正常であると判断された際には、スタック荷重センサ値Ｆｓｔｋが所望の荷重範囲内になるように、すなわち、必要スタック荷重Ｆｍｉｎ≦スタック荷重センサ値Ｆｓｔｋ≦最大スタック荷重Ｆｍａｘとなるように、油圧制御が行われている。このため、燃料電池スタック１０のスタック荷重は、常時、所望の範囲内に維持されており、所望の発電性能及び所望のシール機能を発揮させることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０…燃料電池スタック １２…燃料電池システム
１４…燃料電池自動車 １５…発電セル
１６…燃料電池 ２２ａ、２２ｂ…エンドプレート
２４…バックアッププレート ２６…加圧ユニット
２７…タイロッド ３０…電解質膜・電極構造体
３２、３４…セパレータ ３６ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３８ａ…燃料ガス入口連通孔
３８ｂ…燃料ガス出口連通孔 ４０ａ…冷却媒体入口連通孔
４０ｂ…冷却媒体出口連通孔 ４２…酸化剤ガス流路
４４…燃料ガス流路 ４６…冷却媒体流路
５２…固体高分子電解質膜 ５４…カソード側電極
５６…アノード側電極 ６０…シリンダ部
６２…荷重計測センサ部 ６４…油圧供給配管
７０…コンプレッサ ７６…蓄圧部
８０…制御ユニット ８２…衝撃センサ
９０…バスライン ９４…走行モータ
９６…補機類 ９８…ＦＣコンタクタ
１００…バッテリコンタクタ １０２…バッテリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池と、
前記発電セルの積層方向端部に配置され、前記燃料電池に前記積層方向に荷重を付与する加圧ユニットとを備える燃料電池スタック及びその荷重制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子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及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）が、セパレータによって挟持された発電セル（単位セル）を備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、車載用燃料電池スタック等として使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池スタックでは、所望の発電性能を得るとともに、所望のシール機能を発揮させる必要がある。このため、複数の発電セルに対して積層方向に締め付け荷重を確実に付与し、しかも前記発電セルが前記積層方向に交差する発電面方向に位置ずれを惹起することを阻止することが望まれている。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の組み立て方法が知られている。この組み立て方法では、図５に示すように、スタック加圧用の加圧板１の四隅にセル組立用位置決め穴２が穿設され、この位置決め穴２には、端面を面取りした長いＰＴＦＥ製のノックピン３が挿入されるとともに、前記ノックピン３が直立されている。次に、位置決め穴２が穿設されたカーボンプレート４、ナフィオン膜５及び触媒電極６を有するセル７が、順次、ノックピン３に位置決めされて積層されることにより、スタック８が構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１３４７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１では、スタック８に積層方向に直交する方向（発電面方向）に衝撃荷重が付与された際、セル７の横ずれを防止するためにノックピン３を利用しようとすると、前記ノックピン３を相当に大径に構成する必要がある。これにより、スタック８全体が大型化するとともに、前記スタック８の重量が大きくなるという問題がある。
【０００７】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、小型化及び軽量化を図るとともに、外部荷重による発電セルの横ずれを可及的に阻止することが可能な燃料電池スタック及びその荷重制御方法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】
【０００８】
本発明は、電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池と、前記発電セルの積層方向端部に配置され、前記燃料電池に前記積層方向に荷重を付与する加圧ユニットとを備える燃料電池スタック及びその荷重制御方法に関するものである。
【０００９】
この燃料電池スタックでは、加圧ユニットは、圧力媒体により積層方向に加圧力を付与するシリンダ部と、前記シリンダ部に接続される供給配管に配置され、前記圧力媒体を供給するコンプレッサと、前記供給配管に接続され、燃料電池に所定値以上の衝撃荷重が付与された際、前記コンプレッサに代えて前記シリンダ部に前記圧力媒体を供給する蓄圧部とを備えている。
【００１０】
また、この燃料電池スタックは、燃料電池車両に搭載されるとともに、前記燃料電池車両は、衝撃検出センサからの検出信号に基づいて、コンプレッサを停止させる一方、蓄圧部の開放制御を行うコントローラを備えることが好ましい。
【００１１】
さらに、この荷重制御方法は、加圧ユニットにより燃料電池に荷重を付与する工程と、前記燃料電池に所定値以上の衝撃荷重が付与されたか否かを判断する工程と、前記燃料電池に前記衝撃荷重が付与されたと判断した際、前記加圧ユニットに接続された蓄圧部を開放して該加圧ユニットに圧力媒体を供給し、前記燃料電池に付与される荷重を増加させる工程とを有している。
【００１２】
さらにまた、この荷重制御方法では、燃料電池スタックに衝撃荷重が付与されたと判断した際、燃料電池を負荷電力線に接続するコンタクタ及び蓄電装置を前記負荷電力線に接続するコンタクタを遮断する一方、蓄圧部を開放して前記加圧ユニットに圧力媒体を供給することが好ましい。
【００１３】
また、この荷重制御方法では、燃料電池に所定値未満の衝撃荷重が付与されたと判断した際、加圧ユニットに接続されたコンプレッサから前記加圧ユニットに圧力媒体を供給し、前記燃料電池に付与される荷重を増加させる工程を有することが好ましい。
【００１４】
さらに、この荷重制御方法では、燃料電池に衝撃荷重が付与されていないと判断した際、前記燃料電池に付与されている荷重が規定荷重範囲内に維持されるように、加圧ユニットに供給される圧力媒体の供給量を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料電池に所定値以上の衝撃荷重が付与された際、蓄圧部が開放されてシリンダ部に圧力媒体が供給されることにより、前記燃料電池の締め付け荷重が増加される。
【００１６】
このため、燃料電池に衝突等の衝撃が加えられた際に、蓄圧部を介して前記燃料電池の締め付け荷重が有効に増加され、発電セル間の静摩擦力が増加する。これにより、燃料電池スタック全体の小型化及び軽量化を図るとともに、外部荷重による発電セルの横ずれを可及的に阻止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックが組み込まれる燃料電池システムの概略説明図である。
【図２】前記燃料電池スタックを構成する発電セルの要部分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池システムを構成する回路説明図である。
【図４】前記燃料電池スタックの荷重制御方法を説明するフローチャートである。
【図５】特許文献１に開示された燃料電池の組み立て方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、車載用燃料電池システム１２に組み込まれるとともに、この燃料電池システム１２は、燃料電池自動車（燃料電池車両）１４に搭載される。燃料電池スタック１０は、燃料電池自動車１４の床下、センターコンソール、フロントボックス（エンジンルーム）又はリアボックス（トランクルーム）等に収容される。
【００１９】
燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１５が矢印Ａ方向（鉛直方向）に積層される燃料電池１６を備え、前記燃料電池１６の積層方向両端には、ターミナルプレート１８ａ、１８ｂ、絶縁プレート２０ａ、２０ｂ及びエンドプレート２２ａ、２２ｂが配置される。なお、複数の発電セル１５は、水平方向（図２中、矢印Ｂ方向又は矢印Ｃ方向）に積層して構成してもよい。
【００２０】
発電セル１５の積層方向端部であるエンドプレート２２ａとバックアッププレート２４との間には、燃料電池１６に積層方向に荷重を付与する加圧ユニット２６が介装される。エンドプレート２２ｂとバックアッププレート２４とは、四隅に配置されるタイロッド２７を介して積層方向に締め付け力が付与される。タイロッド２７には、内部に流体を封入したブラッダー２８が設けられるとともに、前記ブラッダー２８内には、伸縮可能な過荷重防止機構（シリンダ機構）２９が構成される。
【００２１】
図２に示すように、発電セル１５は、電解質膜・電極構造体３０が、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４に挟持される。第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属セパレータやカーボンセパレータ等により構成される。 発電セル１５の矢印Ｂ方向（水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスである空気を供給するための酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、及び燃料ガスである水素ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３８ａが、矢印Ｃ方向（水平方向）に配列して設けられる。
【００２２】
発電セル１５の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３６ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２３】
発電セル１５の矢印Ｃ方向の両端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔４０ａ、及び前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔４０ｂが設けられる。
【００２４】
第１セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとに連通する酸化剤ガス流路４２が設けられる。
【００２５】
第２セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとに連通する燃料ガス流路４４が設けられる。
【００２６】
互いに隣接する発電セル１５を構成する第１セパレータ３２の面３２ｂと、第２セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔４０ａと冷却媒体出口連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路４６が設けられる。
【００２７】
第１セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、第１シール部材４８が、一体的又は個別に設けられるとともに、第２セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、第２シール部材５０が、一体的に又は個別に設けられる。
【００２８】
第１シール部材４８及び第２シール部材５０は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。
【００２９】
電解質膜・電極構造体３０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜５２と、前記固体高分子電解質膜５２を挟持するカソード側電極５４及びアノード側電極５６とを備える。
【００３０】
カソード側電極５４及びアノード側電極５６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜５２の両面に形成される。
【００３１】
図１に示すように、エンドプレート２２ｂには、図示しないマニホールド配管が接続され、燃料電池１６に対して酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体がそれぞれ供給並びに排出される。
【００３２】
加圧ユニット２６は、圧力媒体、例えば、油圧（又は空気圧）により積層方向（矢印Ａ方向）に加圧力を付与する複数のシリンダ部６０と、各シリンダ部６０により付与される荷重を計測する複数の荷重計測センサ部６２とを備える。各シリンダ部６０は、図示しない押圧プレートに連結され、前記押圧プレートが油圧によってエンドプレート２２ａを積層方向に押圧する。
【００３３】
バックアッププレート２４には、各シリンダ部６０に連通する油圧供給配管６４の一端が接続される。油圧供給配管６４には、三方弁（パージ弁）６６を介してパージ配管６８が接続されるとともに、コンプレッサ７０が油圧配管７２を介して接続される。この油圧配管７２には、開閉弁７４が配置される。油圧供給配管６４の他端には、蓄圧部（アキュムレータ）７６が開閉弁７８を介して配置される。
【００３４】
蓄圧部７６は、後述するように、燃料電池１６に所定値以上の衝撃荷重が付与された際、制御ユニット（コントローラ）８０を介しコンプレッサ７０に代えてシリンダ部６０に油圧を供給する。制御ユニット８０は、三方弁６６、開閉弁７４及び７８の開閉制御を行う一方、荷重計測センサ部６２からの検出信号を入力する。この制御ユニット８０には、さらに燃料電池自動車１４に取り付けられた衝撃センサ（例えば、加速度センサ）８２からの検出信号が入力される。
【００３５】
図３に示すように、燃料電池（ＦＣ）１６の電力出力には、バスライン９０の一端が接続されるとともに、前記バスライン９０の他端がインバータ９２に接続される。直流を三相の交流に変換するインバータ９２には、三相の車両走行用の走行モータ（負荷）９４が接続される。バスライン９０の他端には、燃料電池１６を運転させるための補機類（例えば、酸化剤ガス供給装置、燃料ガス供給装置及び冷却媒体供給装置等を含む）９６が接続される。
【００３６】
バスライン９０には、ＦＣコンタクタ９８が配設されるとともに、バッテリコンタクタ１００を介してバッテリ１０２が接続される。バッテリ１０２は、燃料電池１６からの電力を充電する一方、負荷９４及び補機類９６に電力を供給することができる。
【００３７】
このように構成される燃料電池システム１２の動作について、以下に説明する。
【００３８】
先ず、燃料電池システム１２の起動時には、図３に示すように、バッテリコンタクタ１００が閉塞されてバッテリ１０２が補機類９６に接続される。このため、図１に示すように、燃料電池スタック１０には、エンドプレート２２ｂを介して酸素含有ガス等の酸化剤ガス（以下、空気ともいう）、水素含有ガス等の燃料ガス（以下、水素ガスともいう）及び純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。従って、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の発電セル１５に対し、空気、水素ガス及び冷却媒体が、それぞれ矢印Ａ方向に供給される。
【００３９】
これにより、図２に示すように、空気は、酸化剤ガス入口連通孔３６ａから第１セパレータ３２の酸化剤ガス流路４２に導入される。空気は、矢印Ｂ方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体３０を構成するカソード側電極５４に供給される。
【００４０】
一方、水素ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａから第２セパレータ３４の燃料ガス流路４４に導入される。この水素ガスは、矢印Ｂ方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体３０を構成するアノード側電極５６に供給される。
【００４１】
従って、電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極５４に供給される空気中の酸素と、アノード側電極５６に供給される水素ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。燃料電池１６から所望の電力が得られると、図３に示すように、ＦＣコンタクタ９８が閉塞されて前記燃料電池１６から走行モータ９４に電力が供給され、燃料電池自動車１４が走行可能になる。
【００４２】
次いで、カソード側電極５４に供給されて酸素が消費された空気は、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、アノード側電極５６に供給されて消費された水素ガスは、燃料ガス出口連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００４３】
また、冷却媒体入口連通孔４０ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｃ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４０ｂから排出される。
【００４４】
次に、本実施形態に係る荷重制御方法について、図４に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
【００４５】
制御ユニット８０は、燃料電池自動車１４の走行時に、衝撃センサ８２からの検出信号を入力し、検出された衝撃センサ値Ａを読み込む（ステップＳ１）。そして、ステップＳ２に進んで、読み込まれた衝撃センサ値Ａが、正常であるか否かが判断される。具体的には、衝撃センサ値Ａ＜衝突判断閾値（水素供給弁を遮断して燃料電池スタック１０の運転を停止する必要がある大きな衝撃値）Ａｃであるか否かが判断される。
【００４６】
衝撃センサ値Ａ＜衝突判断閾値Ａｃであると、すなわち、正常である（衝突ではない）と判断されると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、ステップＳ３に進んで、必要スタック（ＳＴＫ）荷重Ｆｍｉｎが算出され出力される。ここで、必要スタック荷重Ｆｍｉｎは、発電セル１５に横ずれが発生しないために必要最低のスタック荷重である。
【００４７】
必要スタック荷重Ｆｍｉｎは、衝撃センサ値に応じて算出され、Ｆｍｉｎ＝Ｓ１・Ｆｓ／μ＝Ｓ１・Ａ・ｍ・ｇ／μから求められる。なお、Ｓ１は、必要スタック荷重Ｆｍｉｎの算出に必要な安全率であり、Ｆｓは、衝撃時に発生する発電セル１５の横ずれせん断力（Ｆｓ＝Ａ・ｍ・ｇ）であり、μは、発電セル１５間の静摩擦係数である。ｍは、スタック重量であり、ｇは、重力加速度である。
【００４８】
さらに、ステップＳ４に進んで、最大スタック荷重Ｆｍａｘが出力される。ここで、最大スタック荷重Ｆｍａｘは、発電セル１５に横ずれが発生しないために十分な最大のスタック荷重である。なお、スタック荷重が高いほど、経年荷重へたりが早いため、不必要に高いスタック荷重とならないように、最大スタック荷重Ｆｍａｘを設定する必要がある。最大スタック荷重Ｆｍａｘは、Ｆｍａｘ＝Ｆｍｉｎ・Ｓ２から求められる。Ｓ２は、最大スタック荷重Ｆｍａｘの算出に必要な係数である。
【００４９】
そして、ステップＳ５に進んで、制御ユニット８０は、荷重計測センサ部６２からの検出信号を入力することにより、燃料電池１６に付与されている締め付け荷重であるスタック荷重センサ値Ｆｓｔｋを読み込む。さらに、ステップＳ６では、燃料電池スタック１０に必要なスタック荷重が付与されているか否かが判断される。
【００５０】
ステップＳ６において、必要スタック荷重Ｆｍｉｎ＞スタック荷重センサ値Ｆｓｔｋであると判断されると（ステップＳ６中、ＹＥＳ）、すなわち、燃料電池スタック１０に必要なスタック荷重が付与されていないと判断されると、ステップＳ７に進む。
【００５１】
ステップＳ７では、図１に示すように、開閉弁７４が開放されてコンプレッサ７０から油圧配管７２を介して油圧供給配管６４に油圧が供給され、各シリンダ部６０が前記油圧によりエンドプレート２２ａを積層方向に押圧する。このため、燃料電池スタック１０に付与されるスタック荷重が増加される。
【００５２】
一方、ステップＳ６において、スタック荷重センサ値Ｆｓｔｋが、必要スタック荷重Ｆｍｉｎよりも高いと判断されると（ステップＳ６中、ＮＯ）、すなわち、燃料電池スタック１０に必要なスタック荷重が付与されていると判断されると、ステップＳ８に進む。このステップＳ８では、燃料電池スタック１０に最大スタック荷重Ｆｍａｘを超えるスタック荷重が付与されているか否かが判断される。
【００５３】
スタック荷重センサ値Ｆｓｔｋ＞最大スタック荷重Ｆｍａｘであると判断されると（ステップＳ８中、ＹＥＳ）、すなわち、燃料電池スタック１０に最大スタック荷重Ｆｍａｘを超えるスタック荷重が付与されていると判断されると、ステップＳ９に進む。
【００５４】
このステップＳ９では、図１に示すように、三方弁６６が操作されて油圧供給配管６４からパージ配管６８に油圧が排出される。従って、各シリンダ部６０に供給される油圧が削減され、燃料電池スタック１０に付与されるスタック荷重が低下される。
【００５５】
また、ステップＳ２において、衝撃センサ値Ａが、衝突判断閾値Ａｃを超えていると判断されると（ステップＳ２中、ＮＯ）、ステップＳ１０に進み、電力の供給が停止される。具体的には、図３に示すように、ＦＣコンタクタ９８及びバッテリコンタクタ１００が開放されて、燃料電池１６及びバッテリ１０２からの電力供給が停止される。
【００５６】
次いで、ステップＳ１１に進んで、開閉弁７８が開放されることにより、蓄圧部７６に貯留されている油圧が、油圧供給配管６４に供給される。これにより、各シリンダ部６０は、油圧によりエンドプレート２２ａを積層方向に押圧し、燃料電池スタック１０に付与されるスタック荷重が増加される。
【００５７】
この場合、本実施形態では、燃料電池１６に所定値以上の衝撃荷重（衝突判断閾値Ａｃ）が付与された際、コンプレッサ７０に代えて蓄圧部７６が開放されて各シリンダ部６０に油圧が供給されている。このため、燃料電池自動車１４から燃料電池１６に衝突等の衝撃が加えられた際、蓄圧部７６の開放作用下に、前記燃料電池１６の締め付け荷重が有効に増加される。
【００５８】
これにより、発電セル１５間の静摩擦力が増加し、燃料電池スタック１０全体の小型化及び軽量化を図るとともに、外部荷重による発電セル１５の横ずれを可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
【００５９】
一方、衝撃センサ値Ａが、正常であると判断された際には、スタック荷重センサ値Ｆｓｔｋが所望の荷重範囲内になるように、すなわち、必要スタック荷重Ｆｍｉｎ≦スタック荷重センサ値Ｆｓｔｋ≦最大スタック荷重Ｆｍａｘとなるように、油圧制御が行われている。このため、燃料電池スタック１０のスタック荷重は、常時、所望の範囲内に維持されており、所望の発電性能及び所望のシール機能を発揮させることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０…燃料電池スタック １２…燃料電池システム
１４…燃料電池自動車 １５…発電セル
１６…燃料電池 ２２ａ、２２ｂ…エンドプレート
２４…バックアッププレート ２６…加圧ユニット
２７…タイロッド ３０…電解質膜・電極構造体
３２、３４…セパレータ ３６ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３８ａ…燃料ガス入口連通孔
３８ｂ…燃料ガス出口連通孔 ４０ａ…冷却媒体入口連通孔
４０ｂ…冷却媒体出口連通孔 ４２…酸化剤ガス流路
４４…燃料ガス流路 ４６…冷却媒体流路
５２…固体高分子電解質膜 ５４…カソード側電極
５６…アノード側電極 ６０…シリンダ部
６２…荷重計測センサ部 ６４…油圧供給配管
７０…コンプレッサ ７６…蓄圧部
８０…制御ユニット ８２…衝撃センサ
９０…バスライン ９４…走行モータ
９６…補機類 ９８…ＦＣコンタクタ
１００…バッテリコンタクタ １０２…バッテリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池と、
前記発電セルの積層方向端部に配置され、前記燃料電池に前記積層方向に荷重を付与する加圧ユニットと、
を備える燃料電池スタックであって、
前記加圧ユニットは、圧力媒体により前記積層方向に加圧力を付与するシリンダ部と、
前記シリンダ部に接続される供給配管に配置され、前記圧力媒体を供給するコンプレッサと、
前記供給配管に接続され、前記燃料電池に所定値以上の衝撃荷重が付与された際、前記コンプレッサに代えて前記シリンダ部に前記圧力媒体を供給する蓄圧部と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池スタックは、燃料電池車両に搭載されるとともに、
前記燃料電池車両は、衝撃検出センサからの検出信号に基づいて、前記コンプレッサを停止させる一方、前記蓄圧部の開放制御を行うコントローラを備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池と、
前記発電セルの積層方向端部に配置され、前記燃料電池に前記積層方向に荷重を付与する加圧ユニットと、
を備える燃料電池スタックの荷重制御方法であって、
前記加圧ユニットにより前記燃料電池に荷重を付与する工程と、
前記燃料電池に所定値以上の衝撃荷重が付与されたか否かを判断する工程と、
前記燃料電池に前記衝撃荷重が付与されたと判断した際、前記加圧ユニットに接続された蓄圧部を開放して該加圧ユニットに圧力媒体を供給し、前記燃料電池に付与される荷重を増加させる工程と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの荷重制御方法。
【請求項４】
請求項３記載の荷重制御方法において、前記燃料電池に前記衝撃荷重が付与されたと判断した際、前記燃料電池を負荷電力線に接続するコンタクタ及び蓄電装置を前記負荷電力線に接続するコンタクタを遮断する一方、前記蓄圧部を開放して該加圧ユニットに圧力媒体を供給することを特徴とする燃料電池スタックの荷重制御方法。
【請求項５】
請求項３又は４記載の荷重制御方法において、前記燃料電池に前記所定値未満の衝撃荷重が付与されたと判断した際、前記加圧ユニットに接続されたコンプレッサから該加圧ユニットに圧力媒体を供給し、前記燃料電池に付与される荷重を増加させる工程を有することを特徴とする燃料電池スタックの荷重制御方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の荷重制御方法において、前記燃料電池に前記衝撃荷重が付与されていないと判断した際、前記燃料電池に付与されている荷重が規定荷重範囲内に維持されるように、前記加圧ユニットに供給される前記圧力媒体の供給量を制御することを特徴とする燃料電池スタックの荷重制御方法。
【請求項１】
電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池と、
前記発電セルの積層方向端部に配置され、前記燃料電池に前記積層方向に荷重を付与する加圧ユニットと、
を備える燃料電池スタックであって、
前記加圧ユニットは、圧力媒体により前記積層方向に加圧力を付与するシリンダ部と、
前記シリンダ部に接続される供給配管に配置され、前記圧力媒体を供給するコンプレッサと、
前記供給配管に接続され、前記燃料電池に所定値以上の衝撃荷重が付与された際、前記コンプレッサに代えて前記シリンダ部に前記圧力媒体を供給する蓄圧部と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池スタックは、燃料電池車両に搭載されるとともに、
前記燃料電池車両は、衝撃検出センサからの検出信号に基づいて、前記コンプレッサを停止させる一方、前記蓄圧部の開放制御を行うコントローラを備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池と、
前記発電セルの積層方向端部に配置され、前記燃料電池に前記積層方向に荷重を付与する加圧ユニットと、
を備える燃料電池スタックの荷重制御方法であって、
前記加圧ユニットにより前記燃料電池に荷重を付与する工程と、
前記燃料電池に所定値以上の衝撃荷重が付与されたか否かを判断する工程と、
前記燃料電池に前記衝撃荷重が付与されたと判断した際、前記加圧ユニットに接続された蓄圧部を開放して該加圧ユニットに圧力媒体を供給し、前記燃料電池に付与される荷重を増加させる工程と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの荷重制御方法。
【請求項４】
請求項３記載の荷重制御方法において、前記燃料電池に前記衝撃荷重が付与されたと判断した際、前記燃料電池を負荷電力線に接続するコンタクタ及び蓄電装置を前記負荷電力線に接続するコンタクタを遮断する一方、前記蓄圧部を開放して該加圧ユニットに圧力媒体を供給することを特徴とする燃料電池スタックの荷重制御方法。
【請求項５】
請求項３又は４記載の荷重制御方法において、前記燃料電池に前記所定値未満の衝撃荷重が付与されたと判断した際、前記加圧ユニットに接続されたコンプレッサから該加圧ユニットに圧力媒体を供給し、前記燃料電池に付与される荷重を増加させる工程を有することを特徴とする燃料電池スタックの荷重制御方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の荷重制御方法において、前記燃料電池に前記衝撃荷重が付与されていないと判断した際、前記燃料電池に付与されている荷重が規定荷重範囲内に維持されるように、前記加圧ユニットに供給される前記圧力媒体の供給量を制御することを特徴とする燃料電池スタックの荷重制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５０９９０（Ｐ２０１２−１５０９９０Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９００（Ｐ２０１１−８９００）
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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