HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellen-Stapelkörper,
welcher durch Stapeln von Brennstoffzellen gebildet ist, die eine
Elektrodenanordnung und Separatoren aufweisen, welche die
Elektrodenanordnung zwischen sich sandwichartig aufnehmen, und bei welchen die
Separatoren mit Spannungsmessabschnitten versehen sind, welche eine
Spannungsmessung ermöglichen.
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Beschreibung des Standes der Technik
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In den letzten Jahren erlangten Brennstoffzellen als eine neue Energiequelle
für Fahrzeuge und dgl. Aufmerksamkeit. Im Allgemeinen ist eine
Brennstoffzelle gebildet, indem zwischen Separatoren eine
Membranelektrodenanordnung (MEA) sandwichartig angeordnet wird, welche gebildet ist durch
Anordnen von Gasdiffusionselektrodenlagen auf beiden Seiten einer
Festpolymerelektrolytmembran. Um unter Verwendung dieses
Brennstoffzellentyps Energie zu erzeugen, wird eine elektrochemische Reaktion erzeugt
durch Zuführen von Gasbrennstoff (z. B. Sauerstoffgas) zu einer
Gasdiffusionselektrodenlage der Brennstoffzelle und durch Zuführen eines
Oxidationsgases (z. B. Luft, welche Sauerstoff enthält) zu der anderen
Gasdiffusionselektrodenlage. Da im Grunde das einzige Nebenprodukt dieser
Energieerzeugung harmloses Wasser ist, findet dieser Brennstoffzellentyp
aufgrund sowohl seiner vorteilhaften Wirkung für die Umwelt als auch
seines Verwendungswirkungsgrades Beachtung.
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Unter Verwendung einer einzelnen Brennstoffzelle ist es schwierig,
ausreichend Energie zum Antrieb eines Fahrzeugs zu erhalten. Daher werden
Untersuchungen ausgeführt bezüglich der Bildung eines Brennstoffzellen-
Stapelkörpers durch Stapeln einer Mehrzahl von Brennstoffzellen und des
anschließenden Anbringens dieses Brennstoffzellen-Stapelkörpers in einem
Fahrzeug, um ausreichend Energie zum Antrieb des Fahrzeugs zu erhalten.
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In diesem Falle ist es äußerst wichtig, dass die Spannung der
Kraftstoffzellen erfasst wird, um zu überwachen, ob jede der den
Brennstoffzellenstapelkörper bildenden Brennstoffzellen Energie normal erzeugt oder nicht.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist, sind üblicherweise vorsprungsförmige und
nutenförmige Spannungsmessanschlüsse 2 an den Separatoren des
Brennstoffzellen-Stapelkörpers 1 vorgesehen. Durch Verbinden der
Spannungsmessanschlüsse 2 mit Verbindungselementen, welche mit einer (nicht
dargestellten) Spannungsmessvorrichtung verbunden sind, wird die
Spannung der Separatoren gemessen, an welchen die Anschlüsse vorgesehen
sind. Dadurch wird ermöglicht, dass die Spannung einer jeden
Brennstoffzelle erfasst wird.
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Bei der herkömmlichen Brennstoffzelle treten jedoch die folgenden
Probleme auf. Üblicherweise sind nämlich die Spannungsmessanschlüsse 2
einer jeden Brennstoffzelle typischerweise in Reihe in der gleichen Position
bezüglich der Stapelrichtung angeordnet (siehe Fig. 10). Wenn
Verbindungselemente zur Verbindung mit der Spannungsmessvorrichtung für
jeden Spannungsmessanschluss 2 gesondert vorgesehen sind, treten daher
Bedenken auf, dass die die Verbindungselemente mit der
Spannungsmessvorrichtung verbindende Verdrahtung sich verheddert, wenn die jeweiligen
Anschlüsse 2 mit den Verbindungselementen verbunden werden. Da es
notwendig ist, ein Verbindungselement mit jedem der Anschlüsse 2 zu
verbinden, ist die Aufgabe, Verbindungen herzustellen, außerdem äußerst
mühsam.
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Dementsprechend wird die Verwendung eines Verbindungselements 4
untersucht, welches erhalten wird durch Ausbilden einer Mehrzahl von
Verbindungselementen 3 in der Gestalt einer Einheit (d. h. einer
Verbindungselementeeinheit), um eine Mehrzahl von Anschlüssen 2 in die Lage zu
versetzen, in einer einzigen Gruppe angeschlossen zu werden. Es ist jedoch
gewünscht, dass die Dicke einer jeden Brennstoffzelle so dünn wie möglich
ausgeführt ist, damit der Brennstoffzellen-Stapelkörper 1 in ein Fahrzeug
montiert werden kann. Dies hat unausweichlich zu einem Trend geführt,
den Abstand W zwischen Anschlüssen so eng wie möglich auszuführen.
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Daher treten, wie in den Seitenquerschnittsansichten in Fig. 11 gezeigt
ist, dann, wenn die Anschlüsse 2 in Reihe angeordnet sind, falls der
Abstand W zwischen Anschlüssen 2 eng ist, Bedenken auf, dass die Dicke X
an der Endabschnittsseite der Verbindungselementeeinheit 4 nicht in
ausreichender Weise sichergestellt werden kann, was dazu führt, dass die
Festigkeit unzureichend ist. Zusätzlich treten weiterhin Bedenken auf, dass
der Abstand Y zwischen Verbindungselementeeinheiten 4 nicht
ausreichend sichergestellt werden kann, was dazu führt, dass die
Verbindungselementeeinheiten 4 gegeneinanderschlagen und bewirken, dass die
Verbindungen blockiert sind.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Umstände
erdacht. Es ist ihr Ziel, einen Brennstoffzellen-Stapelkörper bereitzustellen,
welcher die Verwendung eines Verbindungselements (einer
Verbindungselementeeinheit) ermöglicht, welche mit einer Mehrzahl von
Spannungsmessabschnitten gleichzeitig verbunden werden kann, und zwar selbst
dann, wenn die Dicke der Brennstoffzellen dünn ausgeführt ist.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Der erste Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, welche erreicht
wurde, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist ein Brennstoffzellen-
Stapelkörper (z. B. der Brennstoffzellen-Stapelkörper 20 in den bevorzugten
Ausführungsformen), welcher gebildet ist durch Stapeln von
Brennstoffzellen (z. B. die Brennstoffzelle 21 in den bevorzugten Ausführungsformen),
die eine Elektrodenanordnung (z. B. die Membranelektrodenanordnung 22 in
den bevorzugten Ausführungsformen) und Separatoren (z. B. die
Separatoren 30 und 32 in den bevorzugten Ausführungsformen) aufweisen, welche
die Elektrodenanordnung sandwichartig zwischen sich aufnehmen und
welche Strom erzeugen, indem sie mit Brennstoffgas und Oxidationsgas
versorgt werden, wobei ein Spannungsmessabschnitt (z. B. die Anschlüsse
50 in den bevorzugten Ausführungsformen), welche ermöglicht, dass eine
Spannung gemessen wird, indem er mit einem Verbindungselement (z. B.
dem Verbindungselement 60 in den bevorzugten Ausführungsformen)
verbunden wird, das mit einer externen Spannungsmessvorrichtung
verbunden ist, in einem Separator vorgesehen ist; und wobei
Spannungsmessabschnitte (z. B. die Anschlüsse 52 in den bevorzugten
Ausführungsformen), welche in der Stapelrichtung benachbart sind und welche mit
gesonderten Verbindungselementen verbunden sind, an bezüglich (bei
Betrachtung aus) der Stapelrichtung voneinander unterschiedlichen Positionen
angeordnet sind.
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Durch Verwenden der oben beschriebenen Struktur ist es möglich, den
Abstand zwischen benachbarten Spannungsmessabschnitten, welche mit
einzelnen gesonderten Verbindungselementen verbunden sind und welche
bezüglich der Stapelrichtung an den gleichen Positionen angeordnet sind,
bei einem festen Abstand oder mehr zu halten. D. h. der Abstand zwischen
jedem dieser Spannungsmessabschnitte kann derart eingestellt sein, dass
die durch die Endabschnittsseiten der Verbindungselemente geforderte
Dicke und ein ausreichender Abstand sichergestellt sind, um gesonderten
Verbindungselementen zu gestatten, eingeführt zu werden.
Dementsprechend können gesonderte Verbindungselemente mit der entsprechenden
Mehrzahl von Spannungsmessabschnitten verbunden sein, ohne
gegeneinanderzuschlagen, selbst dann, wenn die Dicke einer Brennstoffzelle dünner
ausgeführt ist und der Abstand zwischen Separatoren, in welchen
Spannungsmessabschnitte vorgesehen sind, kleiner ausgeführt ist.
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Es ist anzumerken, dass es bevorzugt ist, dass die
Spannungsmessabschnitte als Anschlüsse ausgebildet sind, welche von dem Separator aus
nach außen vorstehen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf
begrenzt und es ist ebenso möglich, die Spannungsmessabschnitte zu
bilden, während die Außenkonfiguration des Separators beibehalten wird,
oder durch Bilden von in den Separator hineinschneidenden Nuten. Es ist
weiterhin bevorzugt, dass jeder der Spannungsmessabschnitte, welche
einander in der Stapelrichtung benachbart und mit einzeln gesonderten
Verbindungselementen verbunden sind, derart angeordnet sind, dass sie
einander bei Betrachtung aus der Stapelrichtung nicht überlappen. Es ist
jedoch für einen Abschnitt derselben ebenso möglich, ihn so weit zu
überlappen, als dies die Verbindung der Verbindungselemente nicht behindert.
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Der zweite Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein
Brennstoffzellen-Stapelkörper (z. B. der Brennstoffzellen-Stapelkörper 70 in den
bevorzugten Ausführungsformen), bei welchem
Spannungsmessabschnittsgruppen (z. B. die Anschlussgruppen 72 in den bevorzugten
Ausführungsformen) gebildet sind, indem eine Mehrzahl von Spannungsmessabschnitten
zusammengruppiert wird, welche in der Stapelrichtung der Brennstoffzelle
benachbart sind; und wobei Spannungsmessabschnittsgruppen (z. B. die
Anschlussgruppen 74 in den bevorzugten Ausführungsformen), welche in
der Stapelrichtung benachbart sind und welche mit gesonderten
Verbindungselementen (z. B. die Verbindungselementeeinheiten 76 in den
bevorzugten Ausführungsformen) verbunden sind, an bezüglich (bei Betrachtung
aus) der Stapelrichtung voneinander unterschiedlichen Positionen
angeordnet sind.
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Durch Verwenden der oben beschriebenen Struktur ist es möglich, dass
lediglich die Abstände zwischen Spannungsmessabschnitten unter den
Spannungsmessabschnitten in der gleichen Position bei Betrachtung aus
der Stapelrichtung, welche mit gesonderten Verbindungselementen
verbunden sind, derart festgelegt sind, dass die von den Endabschnittsseiten
der Verbindungselemente geforderte Dicke und ebenso ein ausreichender
Abstand sichergestellt sind, um den Verbindungselementen zu gestatten,
eingeführt zu werden. Dementsprechend kann der Abstand zwischen
Spannungsmessabschnitten, welche mit dem gleichen Verbindungselement
verbunden sind, gerade eng genug gemacht werden, sodass die
Spannungsmessabschnitte nicht miteinander in Kontakt gelangen. Als Folge ist
es möglich, die Anzahl an Spannungsmessabschnitten zu erhöhen, welche
mit dem gleichen Verbindungselement verbunden sind. Da es lediglich
notwendig ist, ein Verbindungselement an jede der
Spannungsmessabschnittsgruppen anzupassen und mit dieser zu verbinden, ist darüber
hinaus die Aufgabe vereinfacht, das Verbindungselement mit dem
Spannungsmessabschnitt zu verbinden. Darüber hinaus ist es möglich, Bereiche
eng miteinander zu gruppieren, bei welchen die Spannungsmessabschnitte
als die Spannungsmessabschnittsgruppen angeordnet sind.
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Der dritte Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein
Brennstoffzellen-Stapelkörper (z. B. der Brennstoffzellen-Stapelkörper 100 in den
bevorzugten Ausführungsformen), bei welchem Spannungsmessabschnitte,
welche in der Stapelrichtung der Spannungsmessabschnittsgruppen
benachbart sind, an bezüglich (bei Betrachtung aus) der Stapelrichtung
voneinander unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
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Durch Verwendung der oben beschriebenen Struktur ist es möglich, den
Abstand zwischen Separatoren, an welchen
Spannungsmessabschnittsgruppen ausgebildet sind, noch kleiner auszuführen, da es möglich ist, die
Stellen der Spannungsmessabschnitte noch weiter zu verteilen, während
ihre Gruppierung als eine Spannungsmessabschnittsgruppe beibehalten
wird.
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Der vierte Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein
Brennstoffzellen-Stapelkörper (z. B. der Brennstoffzellen-Stapelkörper 90 in den
bevorzugten Ausführungsformen), bei welchem wenigstens ein Abschnitt (z. B.
die Anschlüsse 50 und 82 in den bevorzugten Ausführungsformen) der
Spannungsmessabschnitte, welche in der Stapelrichtung benachbart sind,
bezüglich (bei Betrachtung aus) der Stapelrichtung auf einer Seite
angeordnet ist.
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Durch Verwendung der oben beschriebenen Struktur wird es möglich,
Bereiche miteinander zu gruppieren, bei welchen die
Spannungsmessabschnitte noch enger angeordnet sind, und den Freiheitsgrad zu erhöhen,
welcher beim Anordnen anderer Vorrichtungen und dgl. in anderen
Bereichen gestattet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Draufsicht, welche einen Brennstoffzellen-Stapelkörper
gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 2 ist eine Draufsicht, welche einen Brennstoffzellen-Stapelkörper
gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 3 ist eine Draufsicht, welche einen Brennstoffzellen-Stapelkörper
gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 4 ist eine Draufsicht, welche einen Brennstoffzellen-Stapelkörper
gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 5 ist eine Draufsicht, welche einen Brennstoffzellen-Stapelkörper
gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 6 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Verbindungszustand von
Anschlüssen mit Verbindungselementen zeigt.
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Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, welche einen
Brennstoffzellen-Stapelkörper gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Fig. 8 ist eine Draufsicht, welche einen Separator gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 9 ist eine Draufsicht, welche einen Separator gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen herkömmlichen
Brennstoffzellen-Stapelkörper zeigt.
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Fig. 11 ist eine erläuternde Ansicht, welche Problempunkte bei einem
herkömmlichen Brennstoffzellen-Stapelkörper zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der Brennstoffzellen-Stapelkörper gemäß den Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen erläutert werden.
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Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Brennstoffzellenkörper
20 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In
Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 22 eine
Membranelektrodenanordnung. Diese Membranelektrodenanordnung 22 ist gebildet durch eine
Festpolymerelektrolytmembran 24 und Gasdiffusionslagen (eine
Anodengasdiffusionslage und eine Kathodengasdiffusionslage) 26 und 28, welche
an jeder Seite der Festpolymerelektrolytmembran 24 vorgesehen sind.
Zwischen der Festpolymereletkrolytmembran 24 und jeder der
Gasdiffusionslagen 26 und 28 sind (nicht dargestellte) Katalysatorlagen ausgebildet.
An den zwei Flächen der Membranelektrodenanordnung 22 ist ein Paar von
Separatoren 30 und 32 vorgesehen. Ringförmige Dichtungselemente 34
sind an den Umfangsrandseiten von aufeinander zuweisenden Flächen der
zwei Separatoren 30 und 32 festgelegt. Die Festpolymerelektrolytmembran
24 ist zwischen diesen Dichtungselementen 34 sandwichartig angeordnet.
In diesem Zustand ist die Membranelektrodenanordnung 22 durch die zwei
Separatoren 30 und 32 gehalten. Die oben beschriebene Struktur bildet
eine Brennstoffzelle 21. Gasverbindungswege 36 und 38 und ein
Kühlmediumverbindungsweg 40, welche dazu verwendet werden, Brennstoffgas,
Oxidationsgas bzw. Kühlmedium zuzuführen, sind in den zwei Separatoren
30 und 32 ausgebildet.
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Bei einer Brennstoffzelle 21, welche wie oben beschrieben strukturiert ist,
wird dann, wenn Brennstoffgas (z. B. Sauerstoffgas) einer Reaktionsfläche
der Anodendiffusionslage 26 über den Gasverbindungsweg 36 zugeführt
wird, Wasserstoff durch die Katalysatorlage ionisiert und dieser bewegt
sich über die Festpolymerelektrolytmembran 24 zu der Seite der
Kathodendiffusionslage 28. Elektronen, welche zwischen diesen beiden erzeugt
werden, werden zu einer externen Schaltung abgezogen und als elektrische
Gleichstromenergie genutzt. Da Oxidationsgas (z. B. Luft, welche Sauerstoff
enthält) der Kathodendiffusionslage 28 zugeführt wird, reagieren
Wasserstoffionen, Elektronen und Sauerstoff derart, dass sie Wasser erzeugen.
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Fig. 8 und 9 sind Draufsichten des Separators 30 und des Separators
32 der vorliegenden Ausführungsform. Wie in Fig. 8 und 9 gezeigt ist,
sind Brennstoffgasverbindungslöcher 44a und 44b,
Oxidationsgasverbindungslöcher 46a und 46b sowie Kühlmediumverbindungslöcher 48a und
48b an beiden Seiten eines jeden Separators 30 und 32 ausgebildet. Eine
Seite dieser Verbindungslöcher (die linke Seite in den Zeichnungen) sind
Zufuhröffnungen 44a, 46a und 48a, während die andere Seite dieser
Verbindungslöcher (die rechte Seite in den Zeichnungen) Ablassöffnungen
44b, 46b und 48b sind. Die Separatoren 30 und 32, welche in dieser Art
und Weise gebildet sind, ordnen die Membranelektrodenanordnung 22
sandwichartig zwischen sich an, wodurch die Brennstoffzelle 21 gebildet
wird (siehe Fig. 7). Es ist anzumerken, dass die Separtoren gebildet sein
können, indem ein Schneidprozess an Kohlenstoff oder dgl. durchgeführt
wird, oder indem ein Metall oder dgl. pressbearbeitet wird.
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Anschlüsse 50 und 52 (welche zur Spannungserfassung verwendet
werden) sind jeweils in den Separatoren 30 und 32 der Brennstoffzelle 21
vorgesehen. Wie in Fig. 8 und 9 gezeigt ist, sind die Anschlüsse 50 und
52 an der gleichen Endfläche der Separatoren 30 und 32 gebildet und
ebenso bei bezüglich der Stapelrichtung (d. h. in der Richtung einer
Draufsicht der Zeichnungen) unterschiedlichen Positionen. Es ist anzumerken,
dass Fig. 7 eine Querschnittsansicht bei Betrachtung aus der Richtung AA
in Fig. 8 ist und dass die Anschlüsse 50 und 52 zur Vereinfachung der
Zeichnung aus Fig. 7 weggelassen wurden.
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Fig. 1 ist eine Draufsicht, welche den Brennstoffzellen-Stapelkörper 20
gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Es ist
anzumerken, dass in den folgenden Zeichnungen der Pfeil Z die
Stapelrichtung bezeichnet. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Anschlüsse 50 und 52
bezüglich der Stapelrichtung in zwei Richtungen gestapelt angeordnet,
welche sich abwechselnd den Endabschnittsseiten eines jeden der
Separatoren 30 und 32 annähern. Wie in perspektivischer Ansicht in Fig. 6
gezeigt ist, sind die Anschlüsse 50, welche auf diese Art und Weise
gestapelt sind, integral mit einer Verbindungselementeeinheit 64 verbunden,
welche Verbindungselemente 60 enthält, die mit jedem der Anschlüsse 50
verbunden sind. Als Folge ist es möglich, in einem Vorgang die Messung
der Spannungen von jedem der Anschlüsse 50 durchzuführen, welche mit
der Verbindungselementeeinheit 64 verbunden sind, ohne dass die
Verdrahtung sich verheddert. Das Gleiche gilt für die Anschlüsse 52.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Abstände P zwischen den
Anschlüssen 50 (und zwischen den Anschlüssen 52), welche sich
bezüglich der Stapelrichtung an der gleichen Position befinden, bei einer Größe
gehalten, welche jeder Verbindungselementeeinheit 64 gestattet,
eingeführt zu werden. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist nämlich bei dem Abstand P
die von dem Endabschnitt der Verbindungselementeeinheit 64 geforderte
Dicke X sichergestellt und ist der Abstand Y zwischen
Verbindungselementeeinheiten 64 sichergestellt, wenn diese mit den Anschlüssen 50 oder 52
verbunden sind. Die Positionen benachbarter Anschlüsse 50 und 52 sind
nämlich derart verschoben, dass der Abstand P zwischen irgend zwei
Anschlüssen 50 oder zwei Anschlüssen 52 an der gleichen Position
bezüglich der Stapelrichtung bei einem Abstand gehalten ist, welcher einer
Verbindungselementeeinheit 64 gestattet, eingeführt zu werden.
Dementsprechend ist es möglich, Verbindungselementeeinheiten 64 zu verwenden,
selbst dann, wenn die Größe von gestapelten Brennstoffzellen 21 reduziert
ist und der Abstand zwischen jeder verringert ist. Daher ist es einfach, die
Spannung einer jeden Brennstoffzelle 21 zu messen.
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Darüber hinaus sind in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben
beschrieben ist, die Anschlüsse 50 und 52 an der gleichen Fläche der
Separatoren 30 und 32 vorgesehen. Daher ist es möglich, eine Vorrichtung, wie
etwa eine Steuer/Regeleinheit (ECU) an der anderen Fläche der Separatoren
30 und 32 anzuordnen, wodurch die Nutzbarkeit derselben erhöht wird. Es
ist anzumerken, dass in der vorliegenden Ausführungsform eine Struktur
verwendet wird, bei welcher die Anschlüsse 50 und 52 als Vorsprünge an
der Außenseite der Endfläche der Separtoren 30 und 32 ausgebildet und in
die Verbindungselemente 60 eingeführt sind. Es ist jedoch ebenso möglich,
eine Struktur zu verwenden, bei welcher die Anschlüsse 50 und 52 als
Nuten an der Innenseite der Endfläche der Separatoren 30 und 32
ausgebildet sind und die Verbindungselemente 60 in diese Nuten eingeführt sind.
Alternativ können die Anschlüsse 50 und 52 integral eingebaut sein, ohne
dass die äußere Gestalt der Separatoren 30 und 32 geändert wird.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 2 der Brennstoffzellen-Stapelkörper
70 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
beschrieben werden. In der unten gegebenen Beschreibung sind an Elemente,
welche die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform sind, die
gleichen Bezugszeichen vergeben und ihre Beschreibung ist weggelassen.
In der vorliegenden Ausführungsform sind Anschlussgruppen 72 und 74gebildet, indem eine Mehrzahl der Anschlüsse 50 und 52
zusammengruppiert wird. Diese Anschlussgruppen 72 und 74 sind derart gebildet, dass
ihre Positionen bezüglich der Stapelrichtung voneinander verschoben sind.
Weiterhin ist der Abstand Q zwischen den Anschlussgruppen 72 und 74
bei einer Größe gehalten, welche das Einfügen von
Verbindungselementeeinheiten 76 gestattet. Durch Verwenden einer solchen Struktur kann die
Mehrzahl von Verbindungselementen 60 der Verbindungselementeeinheit
76 mit jeder der entsprechenden Anschlussgruppen 72 und 74 verbunden
werden und die Spannungen der verbundenen Anschlussgruppen 72 und
74 können in einem Vorgang gemessen werden.
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Zusätzlich ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Abstand R
zwischen jedem der Anschlüsse 50 oder zwischen jedem der Anschlüsse 52,
welche mit der gleichen Verbindungselementeeinheit 76 verbunden sind,
auf eine solche Größe verringert, dass durch eine kleine Lücke verhindert
wird, dass die Anschlüsse in Kontakt miteinander gelangen.
Dementsprechend ist es möglich, die Anzahl von Anschlüssen 50 (oder Anschlüssen
52) zu erhöhen, welche mit der gleichen Verbindungselementeeinheit 76
verbunden sind. Da es lediglich notwendig ist, eine
Verbindungselementeeinheit 76 an jede der Anschlussgruppen 72 und 74 anzupassen und mit
dieser zu verbinden, ist die Aufgabe vereinfacht, die
Verbindungselementeeinheit 76 mit den Anschlussgruppen 72 und 74 zu verbinden. Indem
Bereiche, bei welchen die Anschlüsse 50 und 52 als die Anschlussgruppen
72 und 74 angeordnet sind, eng zusammengruppiert werden, ist es
möglich, den Freiheitsgrad zu erhöhen, welcher beim Positionieren anderer
Vorrichtungen und dgl. in anderen Bereichen gestattet ist.
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Der Brennstoffzellen-Stapelkörper 80 gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf Fig. 3
erläutert werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die in der ersten
Ausführungsform gezeigten Anschlüsse 52 als Anschlüsse 82 ausgebildet,
welche bei einer bezüglich der Stapelrichtung den Anschlüssen 50 nahen
Position angeordnet sind. Durch Anordnen der Anschlüsse 50 und 82
bezüglich der Stapelrichtung auf einer Seite ist es auf diese Art und Weise
möglich, die Bereiche noch näher zusammen zu gruppieren, bei welchen die
Anschlüsse 82 gebildet sind. Als Folge ist die Zweckmäßigkeit dieser
Ausführungsform, wie etwa der beim Positionieren anderer Freiheitsgrade
und dgl. gestattete Freiheitsgrad, noch größer als in der ersten
Ausführungsform. Da eine Verbindungselementeeinheit 84 verwendet wird,
welche ermöglicht, dass die Anschlüsse 50 und 82 gemeinsam in einem
Vorgang verbunden werden, ist zusätzlich die Messung von Spannungen der
Anschlüsse 50 und 82 noch weiter vereinfacht.
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Der Brennstoffzellen-Stapelkörper 90 gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf Fig. 4
beschrieben werden. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von
der zweiten Ausführungsform dahingehend, dass die in der zweiten
Ausführungsform gezeigten Anschlussgruppen 74 bei bezüglich der
Stapelrichtung den Anschlussgruppen 72 nahen Positionen angeordnet sind. Indem
eine derartige Struktur verwendet wird, ist zusätzlich zu den in der zweiten
Ausführungsform beschriebenen Wirkungen die Zweckmäßigkeit in der
gleichen Art und Weise wie in der dritten Ausführungsform erhöht. Es ist
anzumerken, dass bei den oben beschriebenen Ausführungsformen eine
Beschreibung davon angegeben ist, wenn zwei Reihen von Anschlüssen
oder Anschlussgruppen in der Stapelrichtung angeordnet sind. Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und es ist ebenso
möglich, drei Reihen oder mehr an in der Stapelrichtung unterschiedlichen
Positionen vorzusehen.
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Der Brennstoffzellen-Stapelkörper 100 gemäß der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben
werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind Anschlüsse, welche
den in der Ausführungsform gezeigten Anschlüssen 50 benachbart sind,
verschoben, um Anschlüsse 101 zu bilden, während Anschlüsse, welche
den in der ersten Ausführungsform gezeigten Anschlüssen 52 benachbart
sind, verschoben sind, um Anschlüsse 103 zu bilden. Durch die Anschlüsse
50 und 101 ist eine Anschlussgruppe 102 gebildet, während durch die
Anschlüsse 52 und 103 eine Anschlussgruppe 104 gebildet ist. Die
Anschlussgruppen 102 und die Anschlussgruppen 104 sind an in der
Stapelrichtung voneinander verschiedenen Positionen vorgesehen. Auf diese Art
und Weise ist es möglich, den notwendigen Abstand beizubehalten, selbst
dann, wenn die Größe der Brennstoffzelle weiter verringert wird, da die
jeweiligen Anschlüsse noch breiter verteilt sind. Darüber hinaus können die
Anschlussgruppen 102 und 104 in der gleichen Art und Weise wie bei der
dritten und der vierten Ausführungsform bezüglich der Stapelrichtung nahe
beieinander angeordnet sein.
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Es ist anzumerken, dass bei der oben beschriebenen Ausführungsform eine
Beschreibung davon gegeben ist, wenn jeder der Anschlüsse, welche in der
Stapelrichtung benachbart sind oder jede der Anschlussgruppen, welche in
der Stapelrichtung benachbart sind, bei in der Stapelrichtung
unterschiedlichen Positionen vorgesehen sind. Es ist jedoch ebenso möglich, dass
lediglich wenigstens ein Anteil der Anschlüsse oder Anschlussgruppen an
unterschiedlichen Positionen vorgesehen ist. Darüber hinaus sind in jeder
der oben beschriebenen Ausführungsformen die Anschlüsse oder die
Anschlussgruppen an der gleichen Endflächenseite der Separatoren
vorgesehen. Es ist jedoch ebenso möglich, dass diese an unterschiedlichen
Endflächenseiten vorgesehen sind, wenn es notwendig ist.
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Wie oben gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
beschrieben wurde, ist es möglich, die Spannungen aller
Spannungsmessabschnitte zu messen, welche mit den jeweiligen Verbindungselementen in
einem einzigen Vorgang verbunden werden, da es möglich ist, gesonderte
Verbindungselemente mit der entsprechenden Mehrzahl von
Spannungsmessabschnitten zu verbinden, selbst dann, wenn die Dicke der
Brennstoffzelle dünner ausgeführt ist. Dadurch wird die Aufgabe einer
Spannungsmessung vereinfacht.
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Da es möglich ist, gesonderte Verbindungselemente mit jeder der
entsprechenden Spannungsmessabschnittsgruppen zu verbinden, selbst wenn die
Dicke der Brennstoffzelle dünner ausgeführt ist, ist es gemäß dem zweiten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung möglich, die Spannungen der
verbundenen Anschlüsse in einem einzigen Vorgang zu messen, wodurch
die Aufgabe einer Spannungsmessung vereinfacht wird. Da es möglich ist,
die Anzahl an mit den Verbindungselementen verbundenen
Spannungsmessabschnitten zu erhöhen, wird zusätzlich eine ausgezeichnete Wirkung
hinsichtlich der Kosten erzielt. Darüber hinaus ist es möglich, den beim
Anordnen anderer Vorrichtungen oder dgl. in den verbleibenden Bereichen
gestatteten Freiheitsgrad zu erhöhen, da es möglich ist, die Bereiche, bei
welchen die Spannungsmessabschnitte angeordnet sind, als eine
Spannungsmessabschnittsgruppe eng zusammenzugruppieren.
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Gemäß dem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die .
Größe der Brennstoffzelle noch kleiner ausgeführt sein, da es möglich ist,
gesonderte Verbindungselemente mit jeder aus der entsprechenden
Mehrzahl von Spannungsmessabschnittsgruppen zu verbinden, selbst dann,
wenn die Dicke der Brennstoffzelle dünner ausgeführt ist.
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Gemäß dem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist es
möglich, andere Vorrichtungen, wie etwa Steuer/Regelvorrichtungen (ECU), auf
der bei Betrachtung aus der Stapelrichtung von der Seite, an welcher
Anschlüsse oder Anschlussgruppen angeordnet sind, anderen Seite
anzuordnen. Dadurch werden die Vorteile der Brennstoffzelle gesteigert.
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Es ist ein Brennstoffzellen-Stapelkörper bereitgestellt, welcher gestattet,
dass eine Verbindungselementeeinheit verwendet wird, selbst wenn die
Dicke der Brennstoffzellen dünner ausgeführt worden ist. Ein
Brennstoffzellen-Stapelkörper ist mit gestapelten Brennstoffzellen versehen, welche
jeweils eine Membranelektrodenanordnung und Separatoren aufweisen,
welche diese Membranelektroden sandwichartig zwischen sich aufnehmen.
Die Brennstoffzellen erzeugen Strom, wenn Brennstoffgas und
Oxidationsgas zugeführt werden. Die Separatoren der Brennstoffzellen sind mit
Anschlüssen versehen, welche ermöglichen, dass eine Spannung gemessen
wird, indem sie mit Verbindungselementen verbunden sind, welche mit
einer externen Spannungsmessvorrichtung verbunden sind. Einer der
Spannungsmessabschnitte ist bezüglich der Stapelrichtung bei einer
unterschiedlichen Position von dem Spannungsmessabschnitt angeordnet, welcher in
der Stapelrichtung benachbart ist. Der Abstand zwischen Anschlüssen,
welche sich bei der gleichen Position bezüglich der Stapelrichtung befinden,
ist bei einer Distanz gehalten, welche gestattet, dass einen
Verbindungselementeeinheit eingeführt wird, welche gebildet ist durch
Zusammengruppieren einer Mehrzahl von Verbindungselementen.