特開 2022-112959 燃料電池スタック及び燃料電池スタックの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022112959

(43)【公開日】2022-08-03

(54)【発明の名称】燃料電池スタック及び燃料電池スタックの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2404 20160101AFI20220727BHJP

   H01M 8/2465 20160101ALI20220727BHJP

   H01M 8/2483 20160101ALI20220727BHJP

【ＦＩ】

H01M8/2404

H01M8/2465

H01M8/2483

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021009015

(22)【出願日】2021-01-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】明本 斉

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA22

5H126AA26

5H126AA28

(57)【要約】

【課題】燃料電池スタックの組付け性の低下を抑制しつつ、集電体とカバープレートとの間の絶縁性を確保すること。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、セルスタック１１と、集電体としての第１集電体３０と、第２集電体と、第１カバープレート５０と、第２カバープレート６０と、締結部材７０と、インシュレータ８０と、スタックマニホールド９０と、スタック位置決め部１００と、を備える。スタック位置決め部１００は、セル位置決め部２１と、第１集電体位置決め部３３と、画定部５２と、インシュレータ位置決め部８２とが互いに対応した位置に設けられることで構成される。スタック位置決め部１００に治具をあてがうことにより、適切な位置関係で積層を行うことができる。したがって、燃料電池スタック１０の組付け性の低下を抑制しつつ、第１集電体３０と第１カバープレート５０との間の絶縁性を確保することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の燃料電池セルを積層したセルスタックと、
前記燃料電池セルを積層した積層方向の一端に設けられたカバープレートと、
前記カバープレートと前記セルスタックとの間に設けられた集電体と、
前記集電体と前記カバープレートとの間に設けられたインシュレータと、を備え、
前記燃料電池セルは、前記燃料電池セル同士の位置決めを行うために設けられたセル位置決め部を備え、
前記集電体は、前記セル位置決め部に対応する位置に設けられた集電体位置決め部を備え、
前記インシュレータは、前記集電体位置決め部に対応する位置に設けられたインシュレータ位置決め部を備え、
前記カバープレートは、前記インシュレータ位置決め部に対応する位置に設けられており、前記カバープレートを前記積層方向に貫通する貫通部を備え、
前記インシュレータ位置決め部は、前記積層方向から前記カバープレートを平面視したときに前記貫通部の内部に含まれている、燃料電池スタック。

【請求項2】

前記一端を第１端とした場合、前記積層方向の第２端に設けられたスタックマニホールドを備え、
前記スタックマニホールドは、前記セル位置決め部に対応する位置に設けられたマニホールド位置決め部を備える、請求項１に記載の燃料電池スタック。

【請求項3】

前記燃料電池セルは、第１辺部と、前記積層方向から前記燃料電池セルを平面視したときに前記第１辺部と向かい合う第２辺部と、を有し、
前記セル位置決め部は、前記第１辺部及び前記第２辺部にそれぞれ少なくとも１つずつ設けられ、
前記第１辺部に設けられた前記セル位置決め部の１つは、前記第２辺部に設けられた前記セル位置決め部の１つに対して前記第１辺部の延びる方向に離間している、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池スタック。

【請求項4】

前記セル位置決め部は、前記セルスタックの前記積層方向に延びる面に設けられている、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。

【請求項5】

前記セル位置決め部は、前記集電体位置決め部と連続して設けられ、
前記集電体位置決め部は、前記インシュレータ位置決め部と連続して設けられる、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。

【請求項6】

複数の燃料電池セルを積層したセルスタックと、
前記燃料電池セルを積層した積層方向の第１端に設けられた第１カバープレートと、
前記燃料電池セルを積層した積層方向の第２端に設けられた第２カバープレートと、
前記第１カバープレートと前記セルスタックとの間に設けられた集電体と、
前記集電体と前記第１カバープレートとの間に設けられたインシュレータと、を備え、
前記燃料電池セルは、前記燃料電池セル同士の位置決めを行うために設けられたセル位置決め部を備え、
前記集電体は、前記セル位置決め部に対応する位置に設けられた集電体位置決め部を備え、
前記インシュレータは、前記集電体位置決め部に対応する位置に設けられたインシュレータ位置決め部を備え、
前記第１カバープレートは、前記インシュレータ位置決め部に対応する位置に設けられており、前記第１カバープレートを前記積層方向に貫通する貫通部を備え、
前記インシュレータ位置決め部は、前記積層方向から前記第１カバープレートを平面視したときに前記貫通部の内部に含まれている、燃料電池スタックの製造方法であって、
積層工程と、位置決め工程と、締結工程と、を含み、
前記積層工程では、前記燃料電池セル、前記第１カバープレート、前記第２カバープレート、前記集電体、及び前記インシュレータを積層し、
前記位置決め工程では、前記セル位置決め部と、前記集電体位置決め部と、前記インシュレータ位置決め部と、前記第１カバープレートの厚み方向に延びる前記第１カバープレートの周面と、に治具をあてがうことにより、前記燃料電池セル、前記第１カバープレート、前記第２カバープレート、前記集電体、及び前記インシュレータを互いに位置決めし、
前記締結工程では、前記治具があてがわれた状態で前記第１カバープレートと前記第２カバープレートとが前記積層方向に近づくように前記第１カバープレートと前記第２カバープレートとを締結する、燃料電池スタックの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池スタック及び燃料電池スタックの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池スタックとしては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを積層したセルスタックと、カバープレートと、集電体と、インシュレータと、を備える。カバープレートは、燃料電池を積層した積層方向の一端に設けられている。集電体は、カバープレートとセルスタックとの間に設けられている。インシュレータは、集電体とカバープレートとの間に設けられている。これにより、インシュレータは、集電体とカバープレートとの間を絶縁し、セルスタックの電力が集電体からカバープレートに漏れることを抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１５７３７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、燃料電池スタックにおいて、燃料電池スタックの組付け性の低下を抑制しつつ、集電体とカバープレートとの間の絶縁性を確保できることが好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決する燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを積層したセルスタックと、前記燃料電池セルを積層した積層方向の一端に設けられたカバープレートと、前記カバープレートと前記セルスタックとの間に設けられた集電体と、前記集電体と前記カバープレートとの間に設けられたインシュレータと、を備え、前記燃料電池セルは、前記燃料電池セル同士の位置決めを行うために設けられたセル位置決め部を備え、前記集電体は、前記セル位置決め部に対応する位置に設けられた集電体位置決め部を備え、前記インシュレータは、前記集電体位置決め部に対応する位置に設けられたインシュレータ位置決め部を備え、前記カバープレートは、前記インシュレータ位置決め部に対応する位置に設けられており、前記カバープレートを前記積層方向に貫通する貫通部を備え、前記インシュレータ位置決め部は、前記積層方向から前記カバープレートを平面視したときに前記貫通部の内部に含まれている。

【0006】

これによれば、積層方向とは垂直なインシュレータの面が、インシュレータ位置決め部と貫通部との間に介在する。そして、当該インシュレータの面が、集電体とカバープレートとの間の絶縁距離を確保する。また、セル位置決め部、集電体位置決め部、貫通部及びインシュレータ位置決め部が、互いに対応した位置に設けられるため、互いの位置関係を決めつつ、燃料電池スタックが組付けられる。したがって、燃料電池スタックの組付け性の低下を抑制しつつ、集電体とカバープレートとの間の絶縁距離を確保することができる。

【0007】

上記燃料電池スタックの、前記一端を第１端とした場合、前記積層方向の第２端に設けられたスタックマニホールドを備え、前記スタックマニホールドは、前記セル位置決め部に対応する位置に設けられたマニホールド位置決め部を備えていてもよい。

【0008】

これによれば、セル位置決め部及びスタックマニホールド位置決め部に治具をあてがうことにより、燃料電池セル及びスタックマニホールドの位置を決定される。したがって、燃料電池スタックの組付け性を向上することができる。

【0009】

上記燃料電池スタックについて、前記燃料電池セルは、第１辺部と、前記積層方向から前記燃料電池セルを平面視したときに前記第１辺部と向かい合う第２辺部と、を有し、前記セル位置決め部は、前記第１辺部及び前記第２辺部にそれぞれ少なくとも１つずつ設けられ、前記第１辺部に設けられた前記セル位置決め部の１つは、前記第２辺部に設けられた前記セル位置決め部の１つに対して前記第１辺部の延びる方向に離間していてもよい。

【0010】

これによれば、第１辺部に設けられたセル位置決め部と第２辺部に設けられたセル位置決め部により、燃料電池セルの第１辺部と第２辺部の向かい合う方向に垂直な面での鏡面対称性が破られる。そのため、セル位置決め部から燃料電池セルの裏表の区別をすることができる。したがって、燃料電池セルの裏表が誤った状態で積層されることを抑制することができる。

【0011】

上記燃料電池スタックについて、前記セル位置決め部は、前記セルスタックの前記積層方向に延びる面に設けられていてもよい。
これによれば、セル位置決め部に治具をあてがう際に、併せて、積層方向に延びるセルスタックの面に治具をあてがうことができる。したがって、治具の構成が簡易となり、燃料電池スタックの組付け性をさらに向上することができる。

【0012】

上記燃料電池スタックについて、前記セル位置決め部は、前記集電体位置決め部と連続して設けられ、前記集電体位置決め部は、前記インシュレータ位置決め部と連続して設けられていてもよい。

【0013】

これによれば、１つの連続した治具によって、各位置決め部の位置決めを行うことができる。したがって、治具の構成がより簡易となり、燃料電池スタックの組付け性をさらに向上することができる。

【0014】

上記燃料電池スタックの製造方法は、複数の燃料電池セルを積層したセルスタックと、前記燃料電池セルを積層した積層方向の第１端に設けられた第１カバープレートと、前記燃料電池セルを積層した積層方向の第２端に設けられた第２カバープレートと、前記第１カバープレートと前記セルスタックとの間に設けられた集電体と、前記集電体と前記第１カバープレートとの間に設けられたインシュレータと、を備え、前記燃料電池セルは、前記燃料電池セル同士の位置決めを行うために設けられたセル位置決め部を備え、前記集電体は、前記セル位置決め部に対応する位置に設けられた集電体位置決め部を備え、前記インシュレータは、前記集電体位置決め部に対応する位置に設けられたインシュレータ位置決め部を備え、前記第１カバープレートは、前記インシュレータ位置決め部に対応する位置に設けられており、前記第１カバープレートを前記積層方向に貫通する貫通部を備え、前記インシュレータ位置決め部は、前記積層方向から前記第１カバープレートを平面視したときに前記貫通部の内部に含まれている、燃料電池スタックの製造方法であって、積層工程と、位置決め工程と、締結工程と、を含み、前記積層工程では、前記燃料電池セル、前記第１カバープレート、前記第２カバープレート、前記集電体、及び前記インシュレータを積層し、前記位置決め工程では、前記セル位置決め部と、前記集電体位置決め部と、前記インシュレータ位置決め部と、前記第１カバープレートの厚み方向に延びる前記第１カバープレートの周面と、に治具をあてがうことにより、前記燃料電池セル、前記第１カバープレート、前記第２カバープレート、前記集電体、及び前記インシュレータを互いに位置決めし、前記締結工程では、前記治具があてがわれた状態で前記第１カバープレートと前記第２カバープレートとが前記積層方向に近づくように前記第１カバープレートと前記第２カバープレートとを締結するものである。

【0015】

これによれば、締結工程において、治具が積層方向を中心とする各機能部材の回転運動を規制する。そのため、第１カバープレートとインシュレータとの間を別途固定することなく締結を行うことができる。したがって、燃料電池スタックの組付け性が向上し、燃料電池スタックの製造工数を減らすことができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、燃料電池スタックの組付け性の低下を抑制しつつ、集電体とカバープレートとの間の絶縁性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】燃料電池スタックの全体斜視図。

【図2】燃料電池スタックの分解側面図。

【図3】貫通部近傍の拡大斜視図。

【図4】第１カバープレートから平面視した場合における貫通部近傍の拡大正面図。

【図5】複数の貫通部の間の位置関係を説明するための図。

【図6】積層工程を説明するための燃料電池スタックの分解斜視図。

【図7】位置決め工程を説明するための燃料電池スタックの全体斜視図。

【図8】締結工程を説明するための燃料電池スタックの全体斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、燃料電池スタック及び燃料電池スタックの製造方法の一実施形態について図１～図８に従って説明する。
＜燃料電池スタックについて＞
図１～図３に示すように、燃料電池スタック１０は、セルスタック１１と、集電体としての第１集電体３０と、第２集電体４０と、カバープレートとしての第１カバープレート５０と、第２カバープレート６０と、締結部材７０と、インシュレータ８０と、スタックマニホールド９０と、スタック位置決め部１００と、を備える。燃料電池スタック１０は、例えば、水素及び酸素を燃料として駆動する燃料電池車両の動力源として用いられる。

【0019】

セルスタック１１は、複数の燃料電池セル２０を積層した積層体であり、セルスタック位置決め部１４を備える。以下では、燃料電池セル２０の積層された方向を「積層方向Ｚ」と称することがある。また、積層方向Ｚからの部材の平面視を単に「平面視」と称することがある。

【0020】

燃料電池セル２０は、水素及び酸素の化学反応のエネルギーを電力として取り出す蓄電モジュールである。燃料電池セル２０は、電解質膜・電極接合体の両面にガス拡散層及び流路部材セパレータを積層することで構成されている。なお、電解質膜・電極接合体とは、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示すイオン交換膜を、カソード電極とアノード電極との間に設けたものである。燃料電池セル２０は、長方形の板状部材である。燃料電池セル２０は、セル位置決め部２１と、２つの短辺部２２を備える。２つの短辺部２２は、燃料電池セル２０の周縁の一部を構成している。

【0021】

セル位置決め部２１は、燃料電池セル２０同士の位置決めを行うための構造である。本実施形態では、セル位置決め部２１は、燃料電池セル２０の周縁に連続する部位である。本実施形態において、セル位置決め部２１は、燃料電池セル２０の短辺部２２に設けられている。セル位置決め部２１は、第１縁２１ａと、第２縁２１ｂと、第１縁２１ａと第２縁２１ｂとを接続する第３縁２１ｃと、を備える。第１縁２１ａ及び第２縁２１ｂは、短辺部２２に接続されている。第１縁２１ａと第２縁２１ｂとは、燃料電池セル２０の短辺方向に互いに離間している。第１縁２１ａ、第２縁２１ｂ及び第３縁２１ｃは、セル位置決め空間２１ｄを画定している。セル位置決め空間２１ｄは、燃料電池セル２０を厚み方向に貫通している。セル位置決め空間２１ｄは、短辺部２２に開口している。セル位置決め部２１は、短辺部２２の延びる方向において、短辺部２２の途中位置に設けられている。よって、短辺部２２は、セル位置決め部２１によって短辺部２２の延びる方向に分断されているといえる。

【0022】

セルスタック位置決め部１４は、燃料電池セル２０を積層することにより形成されている。セルスタック位置決め部１４は、セル位置決め部２１が連なることで形成された面ともいえる。セルスタック位置決め部１４は、燃料電池セル２０の短辺部２２が連なることで構成された面に連続する面である。セルスタック位置決め部１４は、セルスタック位置決め空間１４ａを画定している。セルスタック位置決め空間１４ａは、セル位置決め空間２１ｄが連なることで形成された空間である。セルスタック位置決め空間１４ａは、セルスタック１１を積層方向Ｚに貫通している。セルスタック位置決め部１４は、セルスタック１１の積層方向Ｚに延びる面１５内において、積層方向Ｚに直線的に延びる。積層方向Ｚに垂直な面でのセルスタック位置決め部１４の断面形状は、セル位置決め部２１と同一形状となる。したがって、セル位置決め部２１は、セルスタック１１の積層方向Ｚに延びる面１５に設けられている。

【0023】

第１集電体３０は、燃料電池セル２０が発電した電力を取り出すためのものである。第１集電体３０には、種々の導体を用いることができる。第１集電体３０は、第１集電部３１と、第１端子３２と、集電体位置決め部としての第１集電体位置決め部３３と、を備える。

【0024】

第１集電部３１は、長方形の板状である。第１集電部３１は、２つの短辺部３１ａを備える。第１集電部３１は、積層方向Ｚにおけるセルスタック１１の第１端１２に設けられている。第１集電部３１の長辺方向は、燃料電池セル２０の長辺方向と一致している。また、第１集電部３１の厚み方向は、積層方向Ｚと一致している。第１集電部３１は、平面視においてセルスタック１１を内部領域に含むように配置されている。

【0025】

第１端子３２は、機器に接続される端子である。第１端子３２は、第１集電部３１の長辺部に設けられており、平面視において当該長辺部から突出している。
第１集電体位置決め部３３は、セルスタック１１と第１集電体３０との位置決めを行うための構造である。第１集電体位置決め部３３は、第１集電部３１の周縁に連続する部位である。本実施形態において、第１集電体位置決め部３３は、短辺部３１ａに設けられている。第１集電体位置決め部３３は、第１縁３３ａと、第２縁３３ｂと、第１縁３３ａと第２縁３３ｂとを接続する第３縁３３ｃと、を備える。第１縁３３ａ及び第２縁３３ｂは、短辺部３１ａに接続されている。第１縁３３ａと第２縁３３ｂとは、第１集電部３１の短辺方向に互いに離間している。第１縁３３ａ、第２縁３３ｂ及び第３縁３３ｃは、第１集電体位置決め空間３３ｄを画定している。第１集電体位置決め空間３３ｄは、第１集電部３１の厚み方向に貫通している。第１集電体位置決め空間３３ｄは、短辺部３１ａに開口している。第１集電体位置決め部３３は、短辺部３１ａの延びる方向において、短辺部３１ａの途中位置に設けられている。よって、短辺部３１ａは、第１集電体位置決め部３３によって短辺部３１ａの延びる方向に分断されているといえる。

【0026】

図２及び図３に示すように、第２集電体４０は、セルスタック１１で発電した電力を取り出すための端子である。第２集電体４０には、種々の導体を用いることができる。第２集電体４０は、第２集電部４１と、第２端子４２と、第２集電体位置決め部４３と、を備える。

【0027】

第２集電部４１は、長方形の板状である。第２集電部４１は、積層方向Ｚにおけるセルスタック１１の第２端１３に設けられている。第２集電部４１の長辺方向は、燃料電池セル２０の長辺方向と一致している。また、第２集電部４１の厚み方向は、積層方向Ｚと一致している。第２集電部４１は、平面視においてセルスタック１１を内部領域に含むように配置されている。第２集電部４１は、２つの短辺部４１ａと、集電体給排気孔４４と、を備える。

【0028】

集電体給排気孔４４は、外部からセルスタック１１に供給される水素、酸素及び冷却水が通過する孔である。集電体給排気孔４４は、第２集電部４１を厚み方向に貫通する。
第２端子４２は、機器に接続される端子である。第２端子４２は、第２集電部４１の長辺部に設けられており、平面視において当該長辺部から突出している。第２端子４２が設けられている長辺部は、平面視したとき、第１端子３２が設けられている第２集電体４０の長辺部と一致する。また、平面視したとき、第２端子４２は、第１端子３２と重ならないように設けられている。

【0029】

第２集電体位置決め部４３は、セルスタック１１と第２集電体４０との位置決めを行うための構造である。第２集電体位置決め部４３は、第２集電部４１の周縁に連続する部位である。本実施形態において、第２集電体位置決め部４３は、短辺部４１ａに設けられている。第２集電体位置決め部４３は、第１縁４３ａと、第２縁４３ｂと、第１縁４３ａと第２縁４３ｂとを接続する第３縁４３ｃと、を備える。第１縁４３ａ及び第２縁４３ｂは、短辺部４１ａに接続されている。第１縁４３ａと第２縁４３ｂとは、第２集電部４１の短辺方向に互いに離間している。第１縁４３ａ、第２縁４３ｂ及び第３縁４３ｃは、第２集電体位置決め空間４３ｄを画定している。第２集電体位置決め空間４３ｄは、第２集電部４１を厚み方向に貫通している。第２集電体位置決め空間４３ｄは、短辺部４１ａに開口している。第２集電体位置決め部４３は、短辺部４１ａの延びる方向において、短辺部４１ａの延びる方向に分断されているといえる。

【0030】

図１～図３に示すように、第１カバープレート５０及び第２カバープレート６０は、セルスタック１１を積層方向Ｚに加圧するための部材である。第１カバープレート５０及び第２カバープレート６０には、耐食性、剛性を備える金属、例えば、ステンレス、が用いられる。

【0031】

第１カバープレート５０は、長方形の板状である。第１カバープレート５０の短辺は、第１集電部３１の短辺より長い。また、第１カバープレート５０の長辺は、第１集電部３１の長辺より長い。第１カバープレート５０は、第１集電体３０を挟んでセルスタック１１の第１端１２に設けられている。したがって、第１集電体３０は、第１カバープレート５０とセルスタック１１との間に設けられている。第１カバープレート５０の長辺方向は、第１集電部３１の長辺方向と一致している。また、第１カバープレート５０の厚み方向は、積層方向Ｚと一致している。第１カバープレート５０は、２つの短辺部５０ａと、複数の第１締結部５１と、画定部５２と、を備える。

【0032】

第１締結部５１は、第１カバープレート５０を積層方向Ｚに貫通する挿通孔である。各第１締結部５１は、それぞれ第１カバープレート５０の長辺部に沿って等間隔で設けられている。

【0033】

画定部５２は、第１カバープレート５０の周縁に連続する部位である。本実施形態において、画定部５２は、短辺部５０ａに設けられている。画定部５２は、第１縁５２ａと、第２縁５２ｂと、第１縁５２ａと第２縁５２ｂとを接続する第３縁５２ｃと、を備える。第１縁５２ａ及び第２縁５２ｂは、短辺部５０ａに接続されている。第１縁５２ａと第２縁５２ｂとは、第１カバープレート５０の短辺方向に互いに離間している。第１縁５２ａ、第２縁５２ｂ及び第３縁５２ｃは、貫通部５２ｄを画定している。貫通部５２ｄは、第１カバープレート５０を厚み方向に貫通している。貫通部５２ｄは、短辺部５０ａに開口している。短辺部５０ａは、画定部５２によって短辺部５０ａの延びる方向に分断されているといえる。

【0034】

第２カバープレート６０は、長方形の板状である。第２カバープレート６０の長辺は、第２集電部４１の長辺より長い。第２カバープレート６０の短辺は、第２集電部４１の短辺より長い。第２カバープレート６０は、第２集電体４０を挟んでセルスタック１１の第２端１３に設けられている。第２カバープレート６０の長辺方向は、第２集電部４１の長辺方向と一致している。また、第２カバープレート６０の厚み方向は、積層方向Ｚと一致している。第２カバープレート６０は、第２締結部６１と、マニホールド挿通孔６２と、を備える。

【0035】

第２締結部６１は、第２カバープレート６０を積層方向Ｚに貫通する挿通孔である。第２締結部６１は、第２カバープレート６０の長辺部に設けられている。また、第２締結部６１は、平面視において第１締結部５１とは互いに重なるが、第１カバープレート５０と第２カバープレート６０との間に挟まれた他の機能部材、例えば、セルスタック１１、とは重ならない位置に設けられている。

【0036】

マニホールド挿通孔６２は、第２カバープレート６０を積層方向Ｚに貫通する挿通孔である。
締結部材７０は、第１カバープレート５０と第２カバープレート６０とを締結する。本実施形態では、締結部材７０は、ボルト７１と、ナット７２とにより構成される。ボルト７１は、第１締結部５１及び第２締結部６１を挿通する。ナット７２は、第１カバープレート５０及び第２カバープレート６０に対してセルスタック１１を加圧するように、ボルト７１に取り付けられる。これにより、締結部材７０は、第１カバープレート５０と第２カバープレート６０とを締結する。これに伴い、締結部材７０は、第１カバープレート５０と第２カバープレート６０との間に設けられているセルスタック１１等の部材を積層方向Ｚに加圧し、固定する。

【0037】

図１～図４に示すように、インシュレータ８０は、第１集電体３０を第１カバープレート５０と絶縁するための絶縁部材である。インシュレータ８０は、種々の絶縁性部材を用いて形成することができるが、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの耐クリープ性の高いプラスチック樹脂により形成されるとよい。インシュレータ８０は、長方形の板状である。インシュレータ８０の長辺は、第１集電体３０の長辺より長い。インシュレータ８０の短辺は、第１集電体３０の短辺より長い。

【0038】

インシュレータ８０は、第１集電体３０を挟んで、セルスタック１１の第１端１２に設けられている。インシュレータ８０の長辺方向は、燃料電池セル２０の長辺方向及び第１集電部３１の長辺方向と一致している。また、インシュレータ８０の厚み方向は、積層方向Ｚと一致している。インシュレータ８０は、平面視においてインシュレータ８０の内部領域に第１集電部３１を含むように配置されている。インシュレータ８０は、２つの短辺部８０ａと、ガイド部８１と、インシュレータ位置決め部８２と、を備える。

【0039】

ガイド部８１は、インシュレータ８０の周縁に連続する部位である。本実施形態において、ガイド部８１は、短辺部８０ａに設けられている。ガイド部８１は、第１縁８１ａと、第２縁８１ｂと、を備える。第１縁８１ａ及び第２縁８１ｂは、短辺部８０ａに接続されている。第１縁８１ａは、第２縁８１ｂと短辺方向に離間している。また、第１縁８１ａと第２縁８１ｂとの短辺方向の距離は、ガイド部８１が設けられている短辺部８０ａから当該短辺部８０ａと向かい合う短辺部８０ａに向かうにつれて短くなる。第１縁８１ａ及び第２縁８１ｂは、ガイド空間８１ｃを画定している。ガイド空間８１ｃは、インシュレータ８０を厚み方向に貫通している。ガイド空間８１ｃは、短辺部８０ａに開口している。ガイド部８１は、短辺部８０ａの延びる方向において、短辺部８０ａの延びる方向に分断されているといえる。

【0040】

インシュレータ位置決め部８２は、インシュレータ８０と第１集電体３０との位置決めを行うための構造である。インシュレータ位置決め部８２は、ガイド部８１に連続する部位である。インシュレータ位置決め部８２は、第１縁８２ａと、第２縁８２ｂと、第１縁８２ａと第２縁８２ｂとを接続する第３縁８２ｃと、を備える。第１縁８２ａは、ガイド部８１の第１縁８１ａと接続されている。第２縁８２ｂは、ガイド部８１の第２縁８１ｂと接続されている。第１縁８２ａ、第２縁８２ｂ及び第３縁８２ｃは、インシュレータ位置決め空間８２ｄを画定している。インシュレータ位置決め空間８２ｄは、インシュレータ８０を厚み方向Ｚに貫通している。インシュレータ位置決め空間８２ｄは、ガイド空間８１ｃに開口している。

【0041】

インシュレータ位置決め部８２は、平面視において画定部５２と所定の絶縁距離Ｄ以上で離間している。なお、絶縁距離Ｄとは、第１集電体３０と第１カバープレート５０との間に介在するインシュレータ８０の沿面距離である。

【0042】

第１縁５２ａと第１縁８２ａとの短辺方向の距離Ｄ１は、第２縁５２ｂと第２縁８２ｂとの短辺方向の距離Ｄ２と等しい。また、第３縁５２ｃと第３縁８２ｃとの長辺方向の距離Ｄ３は、距離Ｄ１，Ｄ２以上である。距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、いずれも絶縁距離Ｄ以上である。

【0043】

図１～図３に示すように、スタックマニホールド９０は、セルスタック１１に水素、酸素及び冷却水を供給するための配管部品である。スタックマニホールド９０は、絶縁部材であれば任意であるが、水素及び酸素への反応性に乏しいプラスチック樹脂で形成されていることが好ましい。本実施形態では、スタックマニホールド９０は、第２集電体４０と第２カバープレート６０との間に設けられている。したがって、スタックマニホールド９０は、第２集電体４０を挟んでセルスタック１１の第２端１３に設けられている。スタックマニホールド９０は、平面視において、第２集電部４１と同じ長方形状である。また、スタックマニホールド９０は、セルスタック１１と第２カバープレート６０との間に一定の絶縁距離で介在する。これにより、スタックマニホールド９０は、第２集電部４１と第２カバープレート６０との間を所定の沿面距離以上で絶縁する絶縁部材としても機能する。スタックマニホールド９０は、給排気口９１と、マニホールド位置決め部９２と、を備える。

【0044】

給排気口９１は、それぞれ、水素、酸素及び冷却水の流路である。給排気口９１は、第２カバープレート６０に向かって突出する突起部９１ａを備える。突起部９１ａは、マニホールド挿通孔６２に嵌め込まれるように構成されている。給排気口９１の第１端は、図示しない燃料ガス供給源や冷却回路に接続されており、給排気口９１の第２端は、集電体給排気孔４４に接続されている。これにより、水素、酸素及び冷却水が、それぞれ、給排気口９１及び集電体給排気孔４４を介して、セルスタック１１に供給される。

【0045】

マニホールド位置決め部９２は、スタックマニホールド９０とセルスタック１１との位置決めを行うための構造である。本実施形態では、マニホールド位置決め部９２は、マニホールド位置決め部９２の積層方向Ｚに延びる面に設けられた溝である。マニホールド位置決め部９２は、スタックマニホールド９０の積層方向Ｚに延びる面内において、積層方向Ｚに直線的に延びる。マニホールド位置決め部９２の積層方向Ｚの端部は、セルスタック位置決め部１４に接続されている。

【0046】

図２に示すように、燃料電池スタック１０は、順に、第２カバープレート６０、スタックマニホールド９０、第２集電体４０、セルスタック１１、第１集電体３０、インシュレータ８０、第１カバープレート５０を積層方向Ｚに積層することにより形成される。したがって、第１カバープレート５０は、燃料電池セル２０を積層した積層方向Ｚの一端に設けられ、当該一端を第１端とした場合、スタックマニホールド９０は、積層方向Ｚの第２端に設けられている。

【0047】

このとき、スタック位置決め部１００が、セルスタック位置決め部１４（言い換えれば、セル位置決め部２１）と、第１集電体位置決め部３３と、第２集電体位置決め部４３と、インシュレータ位置決め部８２と、マニホールド位置決め部９２と、により構成される。本実施形態では、スタック位置決め部１００は、燃料電池スタック１０の積層方向Ｚに延びる面内に、積層方向Ｚに連続的に延びる直線状の溝である。スタック位置決め部１００は、スタック位置決め空間１１０を画定する。スタック位置決め空間１１０は、各機能部材の短辺部２２，３１ａ，４１ａ，５０ａ，８０ａ及びマニホールド位置決め部９２の積層方向Ｚに延びる面に開口している。したがって、セル位置決め部２１は、第１集電体位置決め部３３と連続して設けられ、第１集電体位置決め部３３は、インシュレータ位置決め部８２と連続して設けられているといえる。また、セル位置決め部２１、第１集電体位置決め部３３、インシュレータ位置決め部８２、及びマニホールド位置決め部９２は、互いに対応する位置に設けられているといえる。なお、互いに対応する位置とは、燃料電池スタック１０が組み立てられた状態で、互いの相対位置が一意に決定される位置関係をいう。

【0048】

また、スタック位置決め空間１１０は、貫通部５２ｄに開口している。したがって、インシュレータ位置決め部８２は、積層方向Ｚから第１カバープレート５０を平面視したときに貫通部５２ｄの内部に含まれているといえる。貫通部５２ｄは、インシュレータ位置決め部８２に対応する位置に設けられているといえる。なお、「平面視したときに内部に含まれている」場合には、平面視したときに２つの面の少なくとも一部が一致している場合が含まれないものとする。例えば、距離Ｄ１が０の場合、平面視したときにインシュレータ位置決め部８２の第１縁８２ａの少なくとも一部が画定部５２の第１縁５２ａと一致する。この場合、インシュレータ位置決め空間８２ｄは、平面視したときに貫通部５２ｄの内部に含まれない。

【0049】

図５に示すように、燃料電池セル２０の各短辺部２２には、１つのセル位置決め部２１が設けられている。以下の説明では、各短辺部２２をそれぞれ、「第１辺部２３」、「第２辺部２４」と称することがある。また、以下の説明では、第１辺部２３に設けられたセル位置決め部２１を「セル位置決め部２５」と、第２辺部２４に設けられたセル位置決め部２１を「セル位置決め部２６」と称することがある。第２辺部２４は、積層方向Ｚから燃料電池セル２０を平面視したときに第１辺部２３と向かい合う。また、セル位置決め部２１は、第１辺部２３及び第２辺部２４にそれぞれ少なくとも１つずつ設けられている。

【0050】

第１辺部２３に受けられたセル位置決め部２１の１つであるセル位置決め部２５は、第２辺部２４に設けられたセル位置決め部２１の１つであるセル位置決め部２６に対して第１辺部２３の延びる方向に離間している。具体的には、セル位置決め部２５は、第１辺部２３の中点から第１辺部２３の延びる方向に離間している。また、セル位置決め部２６は、セル位置決め部２５から第１辺部２３の中点に向かう方向に、第２辺部２４の中点から離間している。このとき、セル位置決め部２５及びセル位置決め部２６は、燃料電池セル２０の対角線付近に設けられることが好ましい。

【0051】

図３及び図５に示すように、２つのセル位置決め部２５，２６のそれぞれに対応するスタック位置決め部１００が設けられている。すなわち、第１集電体位置決め部３３と、第２集電体位置決め部４３と、インシュレータ位置決め部８２と、マニホールド位置決め部９２とが、各セル位置決め部２５，２６に対応する位置に設けられている。したがって、燃料電池スタック１０は、２つのスタック位置決め部１００を備える。以下の説明では、セル位置決め部２５を含むスタック位置決め部１００を、「スタック位置決め部１０１」、セル位置決め部２６を含むスタック位置決め部１００を、「スタック位置決め部１０２」と称することがある。上述したセル位置決め部２５，２６の位置関係と同様に、スタック位置決め部１０１，１０２もまた、それぞれ、燃料電池セル２０の第１辺部２３の延びる方向に離間している。

【0052】

＜燃料電池スタックの製造方法について＞
次に、上記した燃料電池スタック１０の製造方法について、図６～図８に従って説明する。

【0053】

燃料電池スタック１０の製造方法は、積層工程と、位置決め工程と、締結工程と、を含む。
図６に示すように、積層工程では、燃料電池スタック１０の各機能部材、具体的には、第２カバープレート６０、スタックマニホールド９０、第２集電体４０、セルスタック１１、第１集電体３０、インシュレータ８０、第１カバープレート５０を積層方向Ｚに順に積層する。

【0054】

本実施形態では、セル位置決め部２５，２６が燃料電池セル２０を平面視したときに互いに鏡面対称となるように配置されていない。このとき、例えば、ある燃料電池セル２０の裏表が反対の状態で積層が行われた場合、当該燃料電池セル２０のセル位置決め部２５，２６が、他の燃料電池セル２０のセル位置決め部２５，２６と対応した位置に配置されない。そのため、スタック位置決め部１０１，１０２が当該燃料電池セル２０によって積層方向Ｚに分断されることとなる。したがって、燃料電池セル２０等の機能部材が誤った向きで積層されているか否かを光学的手法等で検知することができる。

【0055】

次に、図７に示すように、位置決め工程に進み、スタック位置決め部１０１，１０２と、第１カバープレート５０の短辺部５０ａ又は画定部５２と、に治具Ｊをあてがうことにより、燃料電池スタック１０の各機能部材同士の位置決めを行う。本実施形態では、スタック位置決め部１０１，１０２と、第１カバープレート５０の短辺部５０ａと、に治具Ｊをあてがうように構成されている。なお、治具Ｊは、燃料電池セル２０の位置決めを行うための治具である。本実施形態では、治具Ｊは、短辺面Ｊ１と、段差面Ｊ２と、を備える。

【0056】

短辺面Ｊ１は、平面視したときに燃料電池セル２０の短辺が連続することで構成される面にあてがわれる平四角面である。短辺面Ｊ１は、位置決め面Ｊ１１を備える。位置決め面Ｊ１１は、スタック位置決め部１０１又はスタック位置決め部１０２にあてがわれる面である。位置決め面Ｊ１１は、短辺面Ｊ１の法線方向に突出し、短辺面Ｊ１を構成する辺から短辺面Ｊ１内で垂直方向に延びる。位置決め面Ｊ１１の突出形状は、スタック位置決め空間１１０に嵌め込まれる形状であればよい。

【0057】

段差面Ｊ２は、第１カバープレート５０の短辺部５０ａにあてがわれる平面である。段差面Ｊ２は、短辺面Ｊ１と平行である。また、短辺面Ｊ１に垂直な方向における短辺面Ｊ１と段差面Ｊ２との距離は、燃料電池セル２０の短辺部２２に垂直な方向における短辺部２２と第１カバープレート５０の短辺部５０ａとの距離に等しい。

【0058】

スタック位置決め部１０１，１０２に治具Ｊをあてがうとき、位置決め面Ｊ１１は、ガイド空間を通過する。このとき、位置決め面Ｊ１１とスタック位置決め部１０１，１０２とが短辺方向で一致しない場合であっても、位置決め面Ｊ１１は、ガイド部８１に沿ってインシュレータ位置決め部８２に移動する。したがって、ガイド部８１は、位置決め面Ｊ１１とスタック位置決め部１０１，１０２とを適切な位置に配置するためのガイドとして機能する。

【0059】

次に、図８に示すように、締結工程に進み、燃料電池スタック１０に治具Ｊがあてがわれた状態で、第１カバープレート５０と第２カバープレート６０とが積層方向Ｚに近づくように第１カバープレート５０と第２カバープレート６０とを締結する。具体的には、位置決め工程で治具Ｊが燃料電池スタック１０にあてがわれた状態でボルト７１を第１締結部５１及び第２締結部６１に挿通し、第１カバープレート５０と第２カバープレート６０とをナット７２で締結する。

【0060】

＜作用＞
次に、本実施形態の作用について説明する。
セルスタック１１の電力が第１カバープレート５０に漏出しないよう、第１集電体３０と第１カバープレート５０との間には、絶縁距離Ｄを確保するようにインシュレータ８０が設けられる。仮に、組付け性のみを考慮して、平面視における画定部５２の形状をインシュレータ位置決め部８２と同一の形状とした場合、画定部５２近傍での絶縁距離Ｄは、インシュレータ８０の厚みで決定される。したがって、インシュレータ８０の厚みが絶縁距離Ｄとなり、燃料電池スタック１０の体格が増大するおそれがある。積層方向Ｚに絶縁距離Ｄを増やす場合、インシュレータ８０の形状が複雑化し、組付け性が低下するおそれがある。

【0061】

一方、本実施形態では、インシュレータ位置決め部８２は、貫通部５２ｄの内部に含まれるように設けられている。このとき、インシュレータ８０は、積層方向Ｚとは垂直な面内方向において第１集電体３０と第１カバープレート５０との間に絶縁距離Ｄで介在する。したがって、燃料電池スタック１０の組付け性の低下を抑制しつつ、第１集電体３０と第１カバープレート５０との間の絶縁性が確保される。

【0062】

＜効果＞
以下、本実施形態の効果について説明する。
（１）インシュレータ位置決め部８２は、平面視において貫通部５２ｄの内部に含まれるように設けられている。これにより、インシュレータ８０は、積層方向Ｚとは垂直な面内方向において、第１集電体３０と第１カバープレート５０との間に絶縁距離Ｄ以上で介在することができる。また、セル位置決め部２１と、第１集電体位置決め部３３と、画定部５２と、インシュレータ位置決め部８２とが互いに対応した位置に設けられているため、対応する治具Ｊをあてがうことにより、適切な位置関係で積層を行うことができる。したがって、燃料電池スタック１０の組付け性の低下を抑制しつつ、第１集電体３０と第１カバープレート５０との間の絶縁性を確保することができる。

【0063】

（２）スタックマニホールド９０は、第２集電体４０を挟んで、セルスタック１１の第２端１３に設けられており、セル位置決め部２１に対応する位置にマニホールド位置決め部９２を備える。これにより、セルスタック１１と第１集電体３０、第１カバープレート５０及びインシュレータ８０との位置決めの際、併せて、セルスタック１１とスタックマニホールド９０との位置決めを行うことができる。したがって、燃料電池スタック１０の組付け性をさらに向上することができる。

【0064】

（３）セル位置決め部２５，２６は、第１辺部２３及び第２辺部２４にそれぞれ少なくとも１つずつ設けられている。そして、第１辺部２３に設けられたセル位置決め部２５と第２辺部２４に設けられたセル位置決め部２６とは、互いに第１辺部２３の延びる方向に離間している。これにより、燃料電池セル２０は、燃料電池セル２０の長辺方向に垂直な面における鏡面対称性を失う。そのため、燃料電池セル２０の１つが裏表逆のまま積層された場合、セルスタック位置決め部１４が当該燃料電池セル２０によって分断されることとなる。したがって、燃料電池セル２０が誤った位置関係で積層されることを抑制することができる。

【0065】

（４）セル位置決め部２５及びセル位置決め部２６は、燃料電池セル２０の対角線付近に設けられる。これにより、セル位置決め部２５とセル位置決め部２６との間の距離が広くなり、セル位置決め部２５，２６が近い場合に比べて、セル位置決め部２１の回転移動が抑制される。したがって、より高い精度で燃料電池セル２０同士の位置決めを行うことができる。

【0066】

（５）セル位置決め部２１は、積層方向Ｚに延びるセルスタック１１の面に設けられている。このとき、セルスタック位置決め部１４は、セルスタック１１の表面のうち、燃料電池セル２０の短辺部２２によって構成される面に形成される。これにより、治具Ｊの位置決め面Ｊ１１を燃料電池スタック１０にあてがう際、併せて治具Ｊの短辺面Ｊ１を燃料電池スタック１０にあてがわれる。したがって、治具Ｊの構成が簡易となり、燃料電池スタック１０の組付け性をさらに向上することができる。

【0067】

（６）セル位置決め部２１と第１集電体位置決め部３３及びインシュレータ位置決め部８２とが互いに連続して設けられている。これに伴い、スタック位置決め部１００が連続した溝を形成している。これにより、スタック位置決め部１００に対応する治具Ｊの位置決め面Ｊ１１を１つの連続した面で形成することができる。したがって、治具Ｊの構成がより簡易となり、燃料電池スタック１０の組付け性をさらに向上することができる。

【0068】

（７）燃料電池スタック１０は、セル位置決め部２１及び第１集電体位置決め部３３に対応する位置にインシュレータ位置決め部８２を備える。また、治具Ｊは、セル位置決め部２１、第１集電体位置決め部３３及びインシュレータ位置決め部８２に対応する位置に位置決め面Ｊ１１を備える。そして、位置決め工程において、第１カバープレート５０及び第２カバープレート６０は、治具Ｊをあてがわれた状態で締結部材７０によって締結される。これにより、第１カバープレート５０とインシュレータ８０との位置決めを行われた状態で、第１カバープレート５０と第２カバープレート６０との締結が行われる。したがって、燃料電池スタック１０を製造する際に、第１カバープレート５０とインシュレータ８０との位置ずれ抑制のために接着材等を導入することを抑制できる。したがって、燃料電池スタック１０の組付け性を向上することができる。

【0069】

＜変形例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0070】

○本実施形態の治具Ｊは、あくまで例示に過ぎない。例えば、段差面Ｊ２は、画定部５２にあてがわれる面であってもよい。
○セル位置決め部２１、第１集電体位置決め部３３、第２集電体位置決め部４３、マニホールド位置決め部９２は、互いに連続していなくても、互いに対応した位置に設けられていればよい。例えば、それぞれが、燃料電池セル２０の短辺部２２の延びる方向に離間していてもよい。

【0071】

○セル位置決め部２１は、セルスタック１１の積層方向Ｚに延びる面１５に設けられていなくてもよい。例えば、セル位置決め部２１は、燃料電池セル２０の短辺部２２の近傍を貫通する空間であってもよい。

【0072】

○第１辺部２３及び第２辺部２４は、短辺部２２でなくてもよい。例えば、第１辺部２３及び第２辺部２４は、燃料電池セル２０の長辺部であってもよい。
○セル位置決め部２５とセル位置決め部２６とは、互いに第１辺部２３の延びる方向に離間していなくてもよい。例えば、平面視において、セル位置決め部２５とセル位置決め部２６とを結ぶ直線が、燃料電池セル２０の長辺方向と平行であってもよい。

【0073】

○セル位置決め部２１は、第１辺部２３及び第２辺部２４にそれぞれ１つずつ設けられていなくてもよい。例えば、セル位置決め部２１は、第１辺部２３又は第２辺部２４のいずれか一方にのみ設けられていてもよい。また、セル位置決め部２１は、燃料電池セル２０に１つだけ設けられていても、複数設けられていてもよい。

【0074】

○マニホールド位置決め部９２は、設けられていなくてもよい。この場合、治具Ｊとは異なる治具などを用いることで、セルスタック１１とスタックマニホールド９０との位置を決めればよい。

【0075】

○燃料電池セル２０の断面形状は、角の面取りされた四角に限らず、治具をあてがうことのできる形状であれば、任意である。
○給排気口９１は、マニホールド挿通孔６２と連続して設けられていれば、突起部９１ａを備えていなくてもよい。

【0076】

○各機能部材の形状は、長方形状に限られない。例えば、平面視において８角形等の多角形であってもよいし、円形のように曲面を含むものであってもよい。

【符号の説明】

【0077】

１０…燃料電池スタック、１１…セルスタック、１２…第１端、１３…第２端、１５…セルスタックの積層方向に延びる面、２０…燃料電池セル、２１，２５，２６…セル位置決め部、２３…第１辺部、２４…第２辺部、３０…第１集電体、３３…第１集電体位置決め部、５０…第１カバープレート、５２ｄ…貫通部、６０…第２カバープレート、８０…インシュレータ、８２…インシュレータ位置決め部、９０…スタックマニホールド、９２…マニホールド位置決め部、Ｊ…治具、Ｚ…積層方向。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】