JP6529888B2 - 燃料電池スタックのマウント構造 - Google Patents

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池スタックを、燃料電池車両に搭載するための燃料電池スタックのマウント構造に関する。

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一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セル（単位燃料電池）を構成している。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルが積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれている。

車載用燃料電池スタックでは、車両走行時の振動や衝突等の外部荷重に対して、燃料電池を良好に保護する必要があり、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の設置構造が知られている。この特許文献１は、複数の発電用のセルを積層した燃料電池スタックが、緩衝装置によって設置場所に支持された燃料電池の設置構造に関するものである。緩衝装置は、燃料電池スタックのセルの積層方向と交差する方向の外力の方向を前記セルの積層方向へ変換する変換機能を有している。

この構成によれば、燃料電池スタックに対して外力がセルの積層方向と直交する方向に作用すると、この外力の方向が、前記外力に対して比較的耐久性を有するセルの積層方向に変換されている。このため、耐振動性及び耐衝撃性を向上させることができる、としている。

特開２００７−３１７４０６号公報

しかしながら、上記の緩衝装置は、設置面と燃料電池スタックの両端との間にそれぞれ設けられたリンク機構を有しており、設置構造全体が前記燃料電池スタックの積層方向に沿って相当に大型化するという問題がある。しかも、構造が複雑化し、経済的ではないという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、外部荷重に対して燃料電池スタックを良好に保護することが可能な燃料電池スタックのマウント構造を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池スタックのマウント構造は、マウント部材及びブラケット部材を有している。燃料電池スタックは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層されるとともに、燃料電池車両のモータルームに配置されている。モータは、燃料電池スタックの下部に配置されている。マウント部材は、燃料電池スタックとモータを車体に固定するとともに、ブラケット部材は、前記マウント部材と前記燃料電池スタックとを接続している。スタックケースは燃料電池スタックを収容する。

そして、ブラケット部材は、スタックケースの下面に接続される上面に、深さ方向に切り込んで上面の面方向に延在する上面切り込み部が、スタックケースの下面に対向して設けられている。さらに、ブラケット部材は、上面とは反対側の下面に、深さ方向に切り込んでブラケット部材の下面の面方向に延在する下面切り込み部が設けられている。上面切り込み部及び下面切り込み部は車幅方向に延在する。

本発明に係る燃料電池スタックの他の態様のマウント構造では、上面切り込み部の面方向の長さは、下面切り込み部の面方向の長さよりも短い。

本発明に係る燃料電池スタックのさらに他の態様のマウント構造では、上面切り込み部の切り込み深さは、下面切り込み部の切り込み深さよりも浅い。

本発明に係る燃料電池スタックのさらに他の態様のマウント構造では、ブラケット部材と燃料電池スタックとを固定する複数のボルトを備える。その際、複数のボルトのうち、車両前後方向の最も後方に位置するボルトと、上面切り込み部及び下面切り込み部とは、車両幅方向に沿って延在する同一の仮想直線上に配置される。

また、このマウント構造では、燃料電池スタックを収容するスタックケースを備えるとともに、ブラケット部材は、前記マウント部材と前記スタックケースの下面とに固定されることが好ましい。

本発明によれば、マウント部材と燃料電池スタックとを接続するブラケット部材に、上面切り込み部及び下面切り込み部が設けられている。従って、燃料電池車両に外部荷重が付与された際、ブラケット部材は、上面切り込み部及び下面切り込み部を介して破断されるため、燃料電池スタックが損傷することを確実に抑制することが可能になる。

これにより、簡単且つ経済的な構成で、外部荷重に対して燃料電池スタックを良好に保護することができる。

本発明の実施形態に係るマウント構造が適用される燃料電池スタックを搭載する燃料電池電気自動車の前方側の概略側面説明図である。 前記燃料電池電気自動車の概略平面説明図である。 前記燃料電池スタックを収容するスタックケースの一部分解斜視説明図である。 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。 前記マウント構造を構成する側方マウント部の斜視説明図である。 前記マウント構造を構成するブラケット部材の斜視説明図である。 前記ブラケット部材の上面からの平面説明図である。 前記ブラケット部材の下面からの平面説明図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係るマウント構造１０が適用される燃料電池スタック１２は、燃料電池電気自動車（燃料電池車両）１３の車両前部のモータルーム（フロントボックス）１３ｆに搭載される。モータルーム１３ｆは、隔壁部材（ダッシュボード）１３Ｗにより車室１３ｃａから隔離されて設けられる（図１参照）。

燃料電池スタック１２は、図２及び図３に示すように、発電セル１４と、積層された複数の前記発電セル１４を収容するスタックケース１６とを備える。発電セル１４は、図３に示すように、電極面を立位姿勢にして燃料電池電気自動車１３の車長方向（車両前後方向）（矢印Ａ方向）に交差する車幅方向（矢印Ｂ方向）に積層される。

図１及び図２に示すように、モータルーム１３ｆには、車体フレームを構成する第１車両フレーム部（例えば、サイドフレーム）１３Ｒ、１３Ｌが矢印Ａ方向に延在している。第１車両フレーム部１３Ｒ、１３Ｌ及び後述する第２車両フレーム部１３ＳＦには、燃料電池スタック１２が搭載される。

図３に示すように、発電セル１４の積層方向一端には、第１ターミナルプレート２０ａ、第１絶縁プレート２２ａ及び第１エンドプレート２４ａが、外方に向かって、順次、配設される。発電セル１４の積層方向他端には、第２ターミナルプレート２０ｂ、第２絶縁プレート２２ｂ及び第２エンドプレート２４ｂが、外方に向かって、順次、配設される。

横長形状（長方形状）の第１エンドプレート２４ａの略中央部（中央部から偏心していてもよい）からは、第１ターミナルプレート２０ａに接続された第１電力出力端子２６ａが外方に向かって延在する。横長形状（長方形状）の第２エンドプレート２４ｂの略中央部からは、第２ターミナルプレート２０ｂに接続された第２電力出力端子２６ｂが外方に向かって延在する。

第１エンドプレート２４ａと第２エンドプレート２４ｂとの各辺間には、それぞれ各辺の中央位置に対応して一定の長さを有する連結バー２８が配置される。連結バー２８の両端は、ねじ３０により第１エンドプレート２４ａと第２エンドプレート２４ｂとに固定され、複数の積層された発電セル１４に積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。

図４に示すように、発電セル１４は、電解質膜・電極構造体３２と、前記電解質膜・電極構造体３２を挟持するカソードセパレータ３４及びアノードセパレータ３６とを備える。

カソードセパレータ３４及びアノードセパレータ３６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。カソードセパレータ３４及びアノードセパレータ３６は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、カソードセパレータ３４及びアノードセパレータ３６は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

カソードセパレータ３４及びアノードセパレータ３６は、横長形状を有するとともに、長辺が水平方向（矢印Ａ方向）に延在し且つ短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に延在するように構成される。なお、短辺が水平方向に延在し且つ長辺が重力方向に延在するように構成してもよい。

発電セル１４の長辺方向（矢印Ａ方向）の一端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス供給連通孔４０ａが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔３８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス供給連通孔４０ａは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給する。

発電セル１４の長辺方向の他端縁部には、矢印Ｂ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排出連通孔４０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとが設けられる。

発電セル１４の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方側（水平方向一端側）には、すなわち、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス供給連通孔４０ａ側には、２つの冷却媒体供給連通孔４２ａが上下に設けられる。各冷却媒体供給連通孔４２ａは、冷却媒体を供給するために、矢印Ｂ方向にそれぞれ連通しており、対向する辺に上下に設けられる。

発電セル１４の短辺方向の両端縁部他方側（水平方向他端側）には、すなわち、燃料ガス排出連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ側には、２つの冷却媒体排出連通孔４２ｂが上下に設けられる。各冷却媒体排出連通孔４２ｂは、冷却媒体を排出するために、矢印Ｂ方向にそれぞれ連通しており、対向する辺に上下に設けられる。

電解質膜・電極構造体３２は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜４４と、前記固体高分子電解質膜４４を挟持するカソード電極４６及びアノード電極４８とを備える。

カソード電極４６及びアノード電極４８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）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（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４４の両面に形成される。

カソードセパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａと酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとを連通する酸化剤ガス流路５０が形成される。酸化剤ガス流路５０は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

アノードセパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する燃料ガス流路５２が形成される。燃料ガス流路５２は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

互いに隣接するアノードセパレータ３６の面３６ｂとカソードセパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａと冷却媒体排出連通孔４２ｂ、４２ｂとに連通する冷却媒体流路５４が形成される。冷却媒体流路５４は、水平方向に延在しており、電解質膜・電極構造体３２の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。

カソードセパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、このカソードセパレータ３４の外周端縁部を周回して第１シール部材５６が一体成形される。アノードセパレータ３６の面３６ａ、３６ｂには、このアノードセパレータ３６の外周端縁部を周回して第２シール部材５８が一体成形される。

第１シール部材５６及び第２シール部材５８としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、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等の弾性を有するシール部材が用いられる。

図３に示すように、第１エンドプレート２４ａには、樹脂製の酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａ、酸化剤ガス排出マニホールド部材６０ｂ、燃料ガス供給マニホールド部材６２ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材６２ｂが取り付けられる。酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド部材６０ｂは、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂに連通する。燃料ガス供給マニホールド部材６２ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材６２ｂは、燃料ガス供給連通孔４０ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂに連通する。

図２に示すように、第２エンドプレート２４ｂには、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに連通する樹脂製の冷却媒体供給マニホールド部材６４ａが取り付けられる。第２エンドプレート２４ｂには、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに連通する樹脂製の冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂが取り付けられる。

スタックケース１６は、図３に示すように、車幅方向（矢印Ｂ方向）両端の２辺（面）が第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂにより構成される。スタックケース１６の車長方向（矢印Ａ方向）両端の２辺（面）は、横長プレート形状の前方サイドパネル６６及び後方サイドパネル６８により構成される。スタックケース１６の車高方向（矢印Ｃ方向）両端の２辺（面）は、上方サイドパネル７０及び下方サイドパネル７２により構成される。上方サイドパネル７０及び下方サイドパネル７２は、横長プレート形状を有する。

前方サイドパネル６６、後方サイドパネル６８、上方サイドパネル７０及び下方サイドパネル７２は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの側部に設けられた各ねじ穴７４に、各孔部７６を介してねじ７８を螺入して固定される。なお、スタックケース１６は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂを構成部品にすることなく、燃料電池スタック１２全体を筐体で覆う構成を採用してもよい。

図１及び図２に示すように、マウント構造１０は、燃料電池スタック１２を支持して第１車両フレーム部１３Ｒ、１３Ｌに固定する側方マウント部８０ａ、８０ｂを備える。側方マウント部８０ａは、断面Ｌ字状に屈曲する板部材８２ａを有し、前記板部材８２ａは、複数本のねじ８４を介して第１エンドプレート２４ａの矢印Ａｆ方向前方側にねじ止めされる。

図５に示すように、側方マウント部８０ａは、燃料電池スタック１２の車幅方向一端に板部材８２ａを介して固定される衝撃緩衝部（液封マウント）８６ａを備える。板部材８２ａには、ねじ８４を介して衝撃緩衝部８６ａを構成する連結板８８ａが固定される。

衝撃緩衝部８６ａには、前記衝撃緩衝部８６ａを第１車両フレーム部１３Ｌに取り付ける２本以上、例えば、２本の取り付け部９４ａ、９６ａが設けられる。各取り付け部９４ａ、９６ａは、互いに異なる長さに設定され、例えば、前記取り付け部９４ａは、前記取り付け部９６ａよりも長尺に構成される。

側方マウント部８０ａには、衝撃緩衝部８６ａの上部に、ブラケット９７ａの一端がねじ８４を介して固定される。ブラケット９７ａは、屈曲する長尺板状を有し、他端がねじ８４を介して車体１３ＢＬに固定される。

側方マウント部８０ｂは、図２に示すように、上記の側方マウント部８０ａと同様に構成され、同一の構成要素には、同一の参照数字にａに代えてｂを付し、その詳細な説明は省略する。側方マウント部８０ｂは、第１車両フレーム部１３Ｒにねじ止め固定されるとともに、ブラケット９７ｂが車体１３ＢＲに固定される。

図１に示すように、マウント構造１０は、燃料電池スタック１２よりも下方に配置される第２車両フレーム部（例えば、クロスメンバー）１３ＳＦを備え、前記第２車両フレーム部１３ＳＦに、マウント部材１０２（後述する）を介してブラケット部材９８が固定される（図２参照）。燃料電池スタック１２の鉛直方向下方には、該燃料電池スタック１２の発電電力で駆動可能な走行用モータ１００が配置される。走行用モータ１００の前方側は、モータブラケット１０１を介して第２車両フレーム部１３ＳＦにねじ止めされる（図１参照）。

マウント構造１０は、走行用モータ１００の後方側を第２車両フレーム部１３ＳＦに固定するマウント部材１０２を備える。マウント部材１０２は、モータ固定部１０６を有するとともに、前記モータ固定部１０６の下部には、第２車両フレーム部１３ＳＦにねじ止めされる取り付け部１０８ａ、１０８ｂが設けられる。取り付け部１０８ａ、１０８ｂは、互いに異なる長さに設定される。モータ固定部１０６には、走行用モータ１００に装着されたブラケット部１１０がねじ止めされる。

マウント部材１０２の上部には、ブラケット部材９８が固定（ねじ止め）される。ブラケット部材９８の上面９８ａは、図６及び図７に示すように、燃料電池スタック１２の底部、具体的には、下方サイドパネル７２の矢印Ａｆ方向端部の下面に且つ矢印Ｂ方向略中央部に連結される。上面９８ａには、座面（平坦部）１１２ａ、１１２ｂが設けられる。

座面１１２ａは、円形状を有し、中央には孔部１１４ａが形成される。座面１１２ｂは、座面１１２ａよりも矢印Ａｂ方向後方（車両前後方向後方）に離間し、矢印Ｂ方向に長尺な略長方形状を有する。座面１１２ｂの矢印Ｂ方向両端には、孔部１１４ｂ、１１４ｃが形成される。孔部１１４ｂ、１１４ｃは、孔部１１４ａの後方に配置され、複数のボルト用孔部の中、車両前後方向の最も後方に位置するボルト用孔部を構成する。

座面１１２ｂには、深さ方向に切り込んで上面９８ａの面方向に延在する上面切り込み部１１６ａが設けられる。上面切り込み部１１６ａは、孔部１１４ｂ、１１４ｃの間に、前記孔部１１４ｂ、１１４ｃの中心間を結んで車両幅方向（矢印Ｂ方向）に沿って延在する同一の仮想直線Ｔ上に配置される。上面切り込み部１１６ａは、深さ約１ｍｍで、長さＬ１に設定される。座面１１２ｂの長手方向の略中間部位には、上面切り込み部１１６ａと同一の深さを有して連通する切り欠き部１１７が形成される。切り欠き部１１７は、外部に開放される。

図６及び図８に示すように、ブラケット部材９８の下面（上面９８ａとは反対の面）９８ｂには、深さ方向に切り込んで下面９８ｂの面方向に延在する下面切り込み部１１６ｂが設けられる。下面切り込み部１１６ｂは、孔部１１４ｂ、１１４ｃの間に、仮想直線Ｔ上に配置される。下面切り込み部１１６ｂは、深さ約５ｍｍで、長さＬ２に設定される。上面切り込み部１１６ａの長さＬ１は、下面切り込み部１１６ｂの長さＬ２よりも短く設定される（Ｌ１＜Ｌ２）（図７参照）。

図６〜図８に示すように、ブラケット部材９８は、上面９８ａ側から下方に向かって一対の支持部１１８ａ、１１８ｂが延在する。支持部１１８ａ、１１８ｂの端部には、ねじ穴１２０ａ、１２０ｂが形成される。

図１及び図６に示すように、孔部１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃには、それぞれボルト１２２が挿入される。各ボルト１２２は、図６に示すように、下方サイドパネル７２に設けられたねじ穴１２４に螺合することにより、ブラケット部材９８が前記下方サイドパネル７２の下面に固定される。図１に示すように、支持部１１８ａ、１１８ｂのねじ穴１２０ａ、１２０ｂにボルト１２６が螺合されることにより、ブラケット部材９８は、マウント部材１０２に固定される。

図１に示すように、第１車両フレーム部１３Ｌ、１３Ｒは、他の部分よりも強度が小さな衝撃吸収部１２８ａ、１２８ｂを有する。衝撃吸収部１２８ａ、１２８ｂは、例えば、フレーム部材を薄肉状に構成しており、側方マウント部８０ａ、８０ｂよりも車両前後方向前方に配置される。

第２車両フレーム部１３ＳＦの途上には、薄肉状に構成される衝撃吸収部１３０が設けられる。第２車両フレーム部１３ＳＦの先端には、燃料電池冷却用ラジエータ１３２が配置されるとともに、燃料電池スタック１２は、前記ラジエータ１３２の後方に近接して配置される。

このように構成される燃料電池電気自動車１３において、燃料電池スタック１２の動作について、以下に説明する。

先ず、図３に示すように、第１エンドプレート２４ａの酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａから酸化剤ガス供給連通孔３８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。第１エンドプレート２４ａの燃料ガス供給マニホールド部材６２ａから燃料ガス供給連通孔４０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。

さらに、第２エンドプレート２４ｂでは、図２に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａから一対の冷却媒体供給連通孔４２ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、図４に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３８ａからカソードセパレータ３４の酸化剤ガス流路５０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａからアノードセパレータ３６の燃料ガス流路５２に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路５２に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体３２では、カソード電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

次いで、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔４０ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

また、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、カソードセパレータ３４及びアノードセパレータ３６間の冷却媒体流路５４に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ａ方向に移動して電解質膜・電極構造体３２を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

上記のように運転される燃料電池スタック１２からの電力が、走行用モータ１００に供給されることにより、燃料電池電気自動車１３が走行する。その際、図１に示すように、燃料電池電気自動車１３に前方から矢印Ａｂ方向（車長方向後方）に衝撃である外部荷重Ｆが付与されると、前記燃料電池電気自動車１３の前方部分が内部に変形し易い。

このため、ラジエータ１３２は、後方（矢印Ａｂ方向）に移動して燃料電池スタック１２に当接し、前記燃料電池スタック１２には、後方への荷重が付与される。その際、マウント構造１０は、第１車両フレーム部１３Ｒ、１３Ｌに固定される側方マウント部８０ａ、８０ｂと、第２車両フレーム部１３ＳＦに固定されるブラケット部材９８とを備えている。

従って、燃料電池スタック１２に水平方向に向かって規定以上の外部荷重Ｆが付与されると、第１車両フレーム部１３Ｒ、１３Ｌが衝撃吸収部１２８ａ、１２８ｂで屈曲するとともに、側方マウント部８０ａ、８０ｂ及びブラケット部材９８が破断する。

具体的には、側方マウント部８０ａでは、短尺側の取り付け部９６ａに応力集中が発生し、前記取り付け部９６ａが、取り付け部９４ａに先行して破断される。次いで、取り付け部９４ａが破断する。なお、側方マウント部８０ｂでは、上記の側方マウント部８０ａと同様に作用する。一方、第２車両フレーム部１３ＳＦでは、衝撃吸収部１３０から折れ始めるとともに、ブラケット部材９８が破断する。

この場合、本実施形態では、マウント部材１０２とスタックケース１６（燃料電池スタック１２）とを接続するブラケット部材９８を備えている。ブラケット部材９８は、矢印Ａｆ方向に向かって上方に傾斜する姿勢で配置されている。そして、図６〜図８に示すように、ブラケット部材９８の上面９８ａには、上面切り込み部１１６ａが設けられるとともに、前記ブラケット部材９８の下面９８ｂには、下面切り込み部１１６ｂが設けられている。

このため、燃料電池電気自動車１３に外部荷重Ｆが付与された際、ブラケット部材９８は、上面切り込み部１１６ａ及び下面切り込み部１１６ｂを介して確実に破断される。従って、燃料電池スタック１２が損傷することを、良好に抑制することが可能になる。

具体的には、ブラケット部材９８の上面９８ａには、引っ張り力が作用するため、上面切り込み部１１６ａに応力が集中して亀裂が発生する。この亀裂は、上面切り込み部１１６ａの長手方向両端から孔部１１４ｂ、１１４ｃまで広がり、ブラケット部材９８が破断される。その際、ボルト１２２は、スタックケース１６に螺合された状態であり、ブラケット部材９８のみが分離される。

ここで、図７及び図８に示すように、ブラケット部材９８の下面９８ｂには、下面切り込み部１１６ｂが設けられるとともに、下面切り込み部１１６ｂの長さＬ２は、上面切り込み部１１６ａの長さＬ１よりも長く設定されている。さらに、下面切り込み部１１６ｂの深さは、上面切り込み部１１６ａの深さよりも深く設定されている。

ブラケット部材９８の下面９８ｂには、圧縮力が作用している。このため、下面切り込み部１１６ｂを長尺且つ深溝に形成することにより、前記ブラケット部材９８は、前記下面切り込み部１１６ｂに沿って容易に折れ曲がることができる。

従って、ブラケット部材９８は、外部荷重Ｆの付与により良好に破断することが可能になる一方、スロープ設定された際の燃料電池スタック１２からの曲げ応力を確実に保持することができる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、外部荷重Ｆに対して燃料電池スタック１２を良好に保護することが可能になるという効果が得られる。

しかも、ブラケット部材９８の上面９８ａには、狭小な平坦面である座面１１２ａ、１１２ｂが設けられており、上面切り込み部１１６ａに応力を集中させることができる。さらに、上面切り込み部１１６ａと、車両前後方向の最も後方に位置するボルト用孔部である孔部１１４ｂ、１１４ｃとは、車両幅方向に沿って延在する同一の仮想直線Ｔ上に配置されている。このため、上面切り込み部１１６ａに沿って確実に亀裂が入るように調整することが可能になる。

また、ブラケット部材９８の上面９８ａには、上面切り込み部１１６ａと同一の深さを有して連通する切り欠き部１１７が形成されている。従って、上面切り込み部１１６ａに水が溜まって錆等が形成されることを有効に防止することができる。

１０…マウント構造 １２…燃料電池スタック
１３…燃料電池電気自動車 １３ｆ…モータルーム
１３Ｌ、１３Ｒ、１３ＳＦ…車両フレーム部
１４…発電セル １６…スッタクケース
２４ａ、２４ｂ…エンドプレート ３２…電解質膜・電極構造体
３４…カソードセパレータ ３６…アノードセパレータ
３８ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ３８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
４０ａ…燃料ガス供給連通孔 ４０ｂ…燃料ガス排出連通孔
４２ａ…冷却媒体供給連通孔 ４２ｂ…冷却媒体排出連通孔
４４…固体高分子電解質膜 ４６…カソード電極
４８…アノード電極 ５０…酸化剤ガス流路
５２…燃料ガス流路 ５４…冷却媒体流路
６０ａ…酸化剤ガス供給マニホールド部材
６０ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド部材
６２ａ…燃料ガス供給マニホールド部材
６２ｂ…燃料ガス排出マニホールド部材
６４ａ…冷却媒体供給マニホールド部材
６４ｂ…冷却媒体排出マニホールド部材
８０ａ、８０ｂ…側方マウント部 ９８…ブラケット部材
９８ａ…上面 ９８ｂ…下面
１００…走行用モータ １０２…マウント部材
１１２ａ、１１２ｂ…座面
１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ…孔部 １１６ａ…上面切り込み部
１１６ｂ…下面切り込み部 １１７…切り欠き部
１１８ａ、１１８ｂ…支持部 １２０ａ、１２０ｂ…ねじ穴
１２２…ボルト

Claims (5)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池スタックを、燃料電池車両のモータルームに配置するための燃料電池スタックのマウント構造であって、
   前記燃料電池スタックの下部にはモータが配置され、
   前記マウント構造は、
   前記燃料電池スタックと前記モータを車体に固定するマウント部材と、
   前記マウント部材と前記燃料電池スタックとを接続するブラケット部材と、
   前記燃料電池スタックを収容するスタックケースと、
   を有し、
   前記ブラケット部材は、前記スタックケースの下面に接続される上面に、深さ方向に切り込んで前記上面の面方向に延在する上面切り込み部が、前記スタックケースの前記下面に対向して設けられるとともに、
   前記上面とは反対側の下面に、深さ方向に切り込んで前記ブラケット部材の前記下面の面方向に延在する下面切り込み部が設けられ、
   前記上面切り込み部及び前記下面切り込み部は車幅方向に延在することを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。
2. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池スタックを、燃料電池車両のモータルームに配置するための燃料電池スタックのマウント構造であって、
   前記燃料電池スタックの下部にはモータが配置され、
   前記マウント構造は、
   前記燃料電池スタックと前記モータを車体に固定するマウント部材と、
   前記マウント部材と前記燃料電池スタックとを接続するブラケット部材と、
   を有し、
   前記ブラケット部材は、前記燃料電池スタックの下部に接続される上面に、深さ方向に切り込んで前記上面の面方向に延在する上面切り込み部が設けられるとともに、
   前記上面とは反対側の下面に、深さ方向に切り込んで前記下面の面方向に延在する下面切り込み部が設けられ、
   前記上面切り込み部の前記面方向の長さは、前記下面切り込み部の前記面方向の長さよりも短いことを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。
3. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池スタックを、燃料電池車両のモータルームに配置するための燃料電池スタックのマウント構造であって、
   前記燃料電池スタックの下部にはモータが配置され、
   前記マウント構造は、
   前記燃料電池スタックと前記モータを車体に固定するマウント部材と、
   前記マウント部材と前記燃料電池スタックとを接続するブラケット部材と、
   を有し、
   前記ブラケット部材は、前記燃料電池スタックの下部に接続される上面に、深さ方向に切り込んで前記上面の面方向に延在する上面切り込み部が設けられるとともに、
   前記上面とは反対側の下面に、深さ方向に切り込んで前記下面の面方向に延在する下面切り込み部が設けられ、
   前記上面切り込み部の切り込み深さは、前記下面切り込み部の切り込み深さよりも浅いことを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。
4. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される燃料電池スタックを、燃料電池車両のモータルームに配置するための燃料電池スタックのマウント構造であって、
   前記燃料電池スタックの下部にはモータが配置され、
   前記マウント構造は、
   前記燃料電池スタックと前記モータを車体に固定するマウント部材と、
   前記マウント部材と前記燃料電池スタックとを接続するブラケット部材と、
   を有し、
   前記ブラケット部材は、前記燃料電池スタックの下部に接続される上面に、深さ方向に切り込んで前記上面の面方向に延在する上面切り込み部が設けられるとともに、
   前記上面とは反対側の下面に、深さ方向に切り込んで前記下面の面方向に延在する下面切り込み部が設けられ、
   前記ブラケット部材と前記燃料電池スタックとを固定する複数のボルトを備えるとともに、
   前記複数のボルトのうち、車両前後方向の最も後方に位置するボルトと、前記上面切り込み部及び前記下面切り込み部とは、車両幅方向に沿って延在する同一の仮想直線上に配置されることを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載のマウント構造において、前記燃料電池スタックを収容するスタックケースを備えるとともに、
   前記ブラケット部材は、前記マウント部材と前記スタックケースの下面とに固定されることを特徴とする燃料電池スタックのマウント構造。

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