JP2000164234A - Fuel cell - Google Patents
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池に関する。[0001] The present invention relates to a fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】大気の汚染をできる限り減らすために自
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。2. Description of the Related Art In order to reduce air pollution as much as possible, it is important to take measures against exhaust gas from automobiles, and as one of the measures, electric vehicles are used. Has not been reached.
【０００３】燃料電池は、水素と酸素を使用して電気分
解の逆反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな
発電装置として注目されており、前記燃料電池を使用し
た自動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると
見られている。前記燃料電池の中でも固体高分子電解質
型燃料電池が低温で作動するため自動車用として最も有
望である。[0003] Fuel cells have attracted attention as clean power generation devices that generate no electricity other than water using hydrogen and oxygen by the reverse reaction of electrolysis, and automobiles that use the fuel cells are most likely to be used in the future. It is believed to be a clean car with potential. Among the above fuel cells, a solid polymer electrolyte fuel cell operates at a low temperature and is most promising for automobiles.
【０００４】固体高分子電解質型燃料電池は、固体高分
子電解質膜を二つの電極で挟んで接合した接合体をセパ
レータで挟持したセルによって構成される。ガス通路板
一体型セパレータの場合では、セパレータは電池におけ
る集電板、ガス透過遮断板の役割を果たすほか、活物質
としての燃料ガスと酸化剤ガスを配流するガス通路板、
反応生成熱を交換するための冷却剤を配流する冷却剤通
路板の役割をも果たす。[0004] A solid polymer electrolyte fuel cell is constituted by a cell in which a joined body in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two electrodes is sandwiched by separators. In the case of the gas passage plate integrated type separator, the separator serves as a current collector plate and a gas permeation blocking plate in the battery, and a gas passage plate that distributes a fuel gas and an oxidizing gas as active materials,
It also serves as a coolant passage plate for circulating a coolant for exchanging heat of reaction.
【０００５】ガス通路板の役割を果たすために設けられ
た前記セパレータのガス通路は、同時に反応生成水、ガ
ス中の残留水を燃料電池の外に運び出す役割を果たす。
燃料電池の電気特性が、ガスの温度、圧力、濃度に依存
する一方、電極または前記ガス通路における水づまりに
よるガス通路不順にも影響されて低下する。従って、燃
料電池へのガスの配流状態が燃料電池の電気特性を左右
する。[0005] The gas passage of the separator provided to serve as a gas passage plate simultaneously serves to carry out the reaction product water and the residual water in the gas out of the fuel cell.
While the electrical characteristics of the fuel cell depend on the temperature, pressure and concentration of the gas, the electrical characteristics of the gas or the gas passage deteriorate due to irregularities in the gas passage due to water clogging in the gas passage. Therefore, the distribution state of the gas to the fuel cell affects the electric characteristics of the fuel cell.
【０００６】従来技術として、特開平９−３５７３７号
公報には、所定出力規模に必要な数だけセルを直列に積
層して積層体を構成し、該積層体の両端部に発電した電
流を取り出すための集電端子を備えた集電板が設けられ
た燃料電池が開示されている。As a prior art, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-35737 discloses that a laminated body is formed by laminating a required number of cells in a predetermined output scale in series, and a current generated at both ends of the laminated body is taken out. Fuel cell provided with a current collecting plate provided with a current collecting terminal for the fuel cell.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は、大きな発電電流を持つ燃料電池を製造する場合に
は、前記発電電流に比例した大きな面積の電極にする必
要があるので、ガスの配流のばらつき、電極における水
溜まりが起きやすく、電池特性が低下する問題点があっ
た。However, according to the prior art, when a fuel cell having a large power generation current is manufactured, it is necessary to use an electrode having a large area proportional to the power generation current. There has been a problem that variations and accumulation of water in the electrodes are likely to occur, and battery characteristics deteriorate.
【０００８】燃料電池は、セルの性能が一定なら、直列
に接続するセルの数により発電電圧が、セルの電極面積
により発電電流が決まる。例えば、発電電圧０．６Ｖ
、電極の単位面積あたりの発電電流０．５Ａ／ｃｍ２
のセルを使用して、４００Ａ／６０Ｖの仕様の燃料電池
を製造しようとすると、一つの電極面積が８００ｃｍ２
のセルを１００個積層する必要がある。In a fuel cell, if the cell performance is constant, the generated voltage is determined by the number of cells connected in series, and the generated current is determined by the electrode area of the cells. For example, a generated voltage of 0.6 V
, Generated current per unit area of electrode 0.5 A / cm 2
When a fuel cell having a specification of 400 A / 60 V is manufactured using the cell of No. 1 , one electrode area is 800 cm 2.
Need to be stacked.
【０００９】セルの電極面積が大きいほど、ガス配流の
難度が大きい。同時に、電極の面方向におけるガスの濃
度勾配も大きく、配流率のばらつきによって燃料極と酸
化剤極において水溜まりが起こりやすい。そのため、電
極面積に比例した発電電流を得ることは困難である。ガ
スの利用率が高く設定される場合には、電池特性の低下
が特に著しい。The greater the electrode area of the cell, the greater the difficulty in gas distribution. At the same time, the concentration gradient of the gas in the direction of the electrode surface is large, and water accumulation is likely to occur at the fuel electrode and the oxidant electrode due to a variation in distribution ratio. Therefore, it is difficult to obtain a generated current in proportion to the electrode area. When the gas utilization is set to be high, the battery characteristics are significantly reduced.
【００１０】一方、幾つかの小面積の電極を有するセル
の積層体を電気的に並列して大電流を取り出す方法もあ
るが、前記積層体数が増えると、プレッシャプレート、
締め付け金具などの電池の周辺部品の数が増え、コスト
の増大、電池の単位重量、体積あたりの電池特性の低下
に繋がる。On the other hand, there is a method in which a stack of cells having several small-area electrodes is electrically connected in parallel to extract a large current. However, when the number of the stacks increases, a pressure plate,
The number of peripheral parts of the battery such as a fastener is increased, which leads to an increase in cost and a decrease in battery characteristics per unit weight and volume of the battery.
【００１１】また、燃料電池の要求仕様は、その用途に
よって異なっている。異なる仕様の燃料電池の部品を共
有化し、できるだけ少ない部品の種類で燃料電池を製造
することが、該燃料電池の低コスト化のために望まれて
いる。The required specifications of the fuel cell differ depending on the application. It is desired to reduce the cost of the fuel cell by sharing the parts of the fuel cell having different specifications and manufacturing the fuel cell with as few kinds of parts as possible.
【００１２】本発明は上記課題を解決したもので、発電
電流を大きくしても信頼性が高く、発電電流と発電電圧
を用途によって自由に設定でき、且つ低コストの燃料電
池を提供する。The present invention has solved the above-mentioned problems, and provides a low-cost fuel cell which has high reliability even when the generated current is increased, and can freely set the generated current and the generated voltage according to the application.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、燃料ガス、
酸化剤ガス、冷却剤の少なくとも一つの流体通流溝を有
するセパレータで電解質と電極の接合体を挟持した複数
のセルを積層した複数のサブスタックを、前記セルの積
層方向に、前記サブスタックの間に絶縁板を挟んで積層
し、前記各サブスタックごとに集電端子を設けたことを
特徴とする燃料電池である。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned technical problems, the technical means (hereinafter referred to as first technical means) taken in claim 1 of the present invention includes fuel gas,
Oxidizing gas, a plurality of sub-stacks in which a plurality of cells sandwiching an electrolyte-electrode assembly with a separator having at least one fluid flow groove of a coolant are stacked, in the stacking direction of the cells, A fuel cell, wherein an insulating plate is interposed between the sub-stacks and a current collecting terminal is provided for each of the sub-stacks.
【００１４】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the first technical means are as follows.
【００１５】即ち、前記サブスタックが、それぞれ電気
的には独立した電池であるので、発電電流と発電電圧を
用途によって自由に設定できる効果を有する。そのた
め、異なる仕様に対して、同じ構成の燃料電池で対応で
きるので、部品の種類が少なくでき、低コスト化でき
る。That is, since each of the sub-stacks is an electrically independent battery, there is an effect that the generated current and the generated voltage can be freely set depending on the application. Therefore, different specifications can be handled by the fuel cell having the same configuration, so that the types of parts can be reduced and the cost can be reduced.
【００１６】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記サブスタックに共通の酸
化剤ガス導入マニホールド、冷却剤導入マニホールド、
燃料ガス導入マニホールド、酸化剤ガス排出マニホール
ド、冷却剤排出マニホールド、燃料ガス排出マニホール
ドを備えていることを特徴とする請求項１記載の燃料電
池である。In order to solve the above technical problem, a technical means (hereinafter referred to as a second technical means) taken in claim 2 of the present invention is to introduce a common oxidizing gas into the sub-stack. Manifold, coolant introduction manifold,
2. The fuel cell according to claim 1, further comprising a fuel gas introduction manifold, an oxidant gas discharge manifold, a coolant discharge manifold, and a fuel gas discharge manifold.
【００１７】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the second technical means are as follows.
【００１８】即ち、各サブスタックで同じセパレータを
使用することができるので、低コストの燃料電池ができ
る効果を有する。That is, since the same separator can be used in each sub-stack, there is an effect that a low-cost fuel cell can be obtained.
【００１９】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記サブスタックの集電端子
が、電気的に並列に接続されていることを特徴とする請
求項１記載の燃料電池である。In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as the third technical means) taken in claim 3 of the present invention is that the current collecting terminal of the sub-stack is an electric current collecting terminal. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is connected in parallel.
【００２０】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the third technical means are as follows.
【００２１】即ち、電極面積が小さくても、発電電流を
大きくすることができるので、信頼性の高い大発電電流
の燃料電池ができる効果を有する。また、プレッシャプ
レート、締め付け金具などの周辺部品が少なくてすむの
で、低コストの燃料電池ができる効果を有する。That is, since the generated current can be increased even if the electrode area is small, there is an effect that a highly reliable fuel cell having a large generated current can be obtained. In addition, since peripheral components such as a pressure plate and a clamp are small, a fuel cell having a low cost can be obtained.
【００２２】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記サブスタックの集電端子
が、電気的に直列に接続されていることを特徴とする請
求項１記載の燃料電池である。In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as fourth technical means) taken in claim 4 of the present invention is that the current collecting terminal of the sub-stack is an electric current collecting terminal. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is connected in series.
【００２３】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the fourth technical means are as follows.
【００２４】即ち、前記燃料電池の総セル数に各セルの
発電電圧を乗じた発電電圧が得られるので、発電電圧が
大きい燃料電池ができる。That is, a power generation voltage is obtained by multiplying the total number of cells of the fuel cell by the power generation voltage of each cell, so that a fuel cell having a high power generation voltage can be obtained.
【００２５】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記サブスタックの集電端子
が、電気的に並列と直列を併用して接続されていること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池である。In order to solve the above-mentioned technical problem, the technical means (hereinafter referred to as fifth technical means) taken in claim 5 of the present invention is that a current collecting terminal of the sub-stack is an electric terminal. 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is connected in parallel and in series.
【００２６】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the fifth technical means are as follows.
【００２７】即ち、用途に合わせた設計仕様の発電電流
と発電電圧を得ることができる。That is, it is possible to obtain a generated current and a generated voltage of the design specifications according to the application.
【００２８】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、前記サブスタックの並列に接
続されている各集電端子に、逆電流防止手段が直列に接
続されていることを特徴とする請求項１、３、５記載の
燃料電池である。In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as sixth technical means) taken in claim 6 of the present invention are connected in parallel with the sub stack. 6. The fuel cell according to claim 1, wherein a reverse current preventing means is connected in series to each current collecting terminal.
【００２９】上記第６の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the sixth technical means are as follows.
【００３０】即ち、前記サブスタックの発電電圧の差に
よる電流の逆流を防止することができるので、電極の劣
化を防止することができる。That is, it is possible to prevent the current from flowing backward due to the difference between the voltages generated by the sub-stacks, thereby preventing the electrodes from being deteriorated.
【００３１】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項７において講じた技術的手段（以下、第７の技
術的手段と称する。）は、前記逆電流防止手段がダイオ
ードであることを特徴とする請求項５記載の燃料電池で
ある。In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as seventh technical means) taken in claim 7 of the present invention is that the reverse current preventing means is a diode. The fuel cell according to claim 5, wherein:
【００３２】上記第７の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the seventh technical means are as follows.
【００３３】即ち、安価な電気部品のダイオードで電流
の逆流を防止することができるので、低コストの燃料電
池ができる。That is, since the backflow of the current can be prevented by the diode of the inexpensive electric component, a low-cost fuel cell can be obtained.
【００３４】[0034]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
This will be described with reference to the drawings.
【００３５】図１は、本発明の実施例の自動車用固体高
分子電解質型燃料電池の斜視図である。本燃料電池を構
成している総セル数は１００セルである。本燃料電池
は、それぞれ２５セルを備えた四つのサブスタックＳ
１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で構成されている。FIG. 1 is a perspective view of a solid polymer electrolyte fuel cell for an automobile according to an embodiment of the present invention. The total number of cells constituting this fuel cell is 100 cells. This fuel cell has four sub-stacks S each having 25 cells.
1, S2, S3, and S4.
【００３６】前記サブスタックＳ１は、集電板ＡＴ１と
ＡＴ２で挟持されている。前記サブスタックＳ２は、集
電板ＡＴ３とＡＴ４で挟持されている。前記サブスタッ
クＳ３は、集電板ＡＴ５とＡＴ６で挟持されている。前
記サブスタックＳ４は、集電板ＡＴ７とＡＴ８で挟持さ
れている。前記集電板ＡＴ１〜ＡＴ８には、それぞれ独
立した集電端子Ｔ１〜Ｔ８が設けられている。前記集電
板ＡＴ１〜ＡＴ８は、発電した電気を外部に出力するた
めのものであるが、特別な集電板を設けずにセパレータ
自体が集電板を兼ねてもよい。The sub-stack S1 is sandwiched between current collectors AT1 and AT2. The sub-stack S2 is sandwiched between current collectors AT3 and AT4. The sub-stack S3 is sandwiched between current collectors AT5 and AT6. The sub-stack S4 is sandwiched between current collectors AT7 and AT8. The current collecting plates AT1 to AT8 are provided with independent current collecting terminals T1 to T8, respectively. The current collectors AT1 to AT8 are for outputting generated electricity to the outside, but the separator itself may also serve as a current collector without providing a special current collector.
【００３７】集電板で挟持された前記サブスタックＳ１
とＳ２で、絶縁板Ｉ２を挟持している。集電板で挟持さ
れた前記サブスタックＳ２とＳ３で、絶縁板Ｉ３を挟持
している。集電板で挟持された前記サブスタックＳ３と
Ｓ４で、絶縁板Ｉ４を挟持している。The sub-stack S1 sandwiched between current collectors
And S2 sandwich the insulating plate I2. The insulating plate I3 is sandwiched between the sub-stacks S2 and S3 sandwiched between the current collector plates. The insulating plate I4 is sandwiched between the sub-stacks S3 and S4 sandwiched between the current collector plates.
【００３８】以上のように構成されたサブスタックＳ
１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４でスタック１を形成している。該
スタック１は、絶縁板Ｉ１とＩ５で挟持され、更にヘッ
ドプレッシャプレート２とエンドプレッシャプレート３
で挟持され、締結されている。The sub-stack S configured as described above
A stack 1 is formed by 1, S2, S3, and S4. The stack 1 is sandwiched between insulating plates I1 and I5, and further has a head pressure plate 2 and an end pressure plate 3
And is fastened.
【００３９】前記ヘッドプレッシャプレート２には、酸
化剤ガス導入孔３Ａ、冷却剤導入孔５Ａ、燃料ガス導入
孔４Ａ、酸化剤ガス排出孔３Ｂ、冷却剤排出孔５Ｂ、燃
料ガス排出孔４Ｂが設けられている。The head pressure plate 2 is provided with an oxidizing gas introducing hole 3A, a cooling agent introducing hole 5A, a fuel gas introducing hole 4A, an oxidizing gas discharging hole 3B, a coolant discharging hole 5B, and a fuel gas discharging hole 4B. Have been.
【００４０】前記スタック１には、酸化剤ガス導入マニ
ホールド、冷却剤導入マニホールド、燃料ガス導入マニ
ホールド、酸化剤ガス排出マニホールド、冷却剤排出マ
ニホールド、燃料ガス排出マニホールドが設けられ、そ
れぞれ前記酸化剤ガス導入孔３Ａ、冷却剤導入孔５Ａ、
燃料ガス導入孔４Ａ、酸化剤ガス排出孔３Ｂ、冷却剤排
出孔５Ｂ、燃料ガス排出孔４Ｂと連結している。前記の
各マニホールドは、サブスタックＳ１〜Ｓ４で共有され
ている。The stack 1 is provided with an oxidant gas introduction manifold, a coolant introduction manifold, a fuel gas introduction manifold, an oxidant gas exhaust manifold, a coolant exhaust manifold, and a fuel gas exhaust manifold. Hole 3A, coolant introduction hole 5A,
It is connected to the fuel gas inlet 4A, the oxidizing gas outlet 3B, the coolant outlet 5B, and the fuel gas outlet 4B. Each of the manifolds is shared by the sub stacks S1 to S4.
【００４１】酸化剤ガスが前記酸化剤ガス導入孔３Ａか
ら導入されると、前記酸化剤ガス導入マニホールドを通
って前記サブスタックＳ１〜Ｓ４の各セルの酸化剤極に
供給される。燃料ガスが前記燃料ガス導入孔４Ａから導
入されると、前記燃料ガス導入マニホールドを通って前
記サブスタックＳ１〜Ｓ４の各セルの燃料極に供給され
る。When the oxidizing gas is introduced from the oxidizing gas introducing hole 3A, it is supplied to the oxidizing electrodes of the cells of the sub-stacks S1 to S4 through the oxidizing gas introducing manifold. When the fuel gas is introduced from the fuel gas introduction hole 4A, the fuel gas is supplied to the fuel electrodes of the cells of the sub-stacks S1 to S4 through the fuel gas introduction manifold.
【００４２】前記酸化剤極に供給された酸化剤ガスの酸
素と前記燃料極に供給された燃料ガスの水素を利用して
各セルで、電気化学反応により発電される。発電されて
電気は、前記集電板ＡＴ１〜ＡＴ８に集電され、集電端
子Ｔ１〜Ｔ８から外部に出力される。前記サブスタック
Ｓ１〜Ｓ４は、それぞれに独立した出力源として機能す
る。Each cell generates electricity by an electrochemical reaction using oxygen of the oxidant gas supplied to the oxidant electrode and hydrogen of the fuel gas supplied to the fuel electrode. The generated power is collected by the current collecting plates AT1 to AT8, and output to the outside from current collecting terminals T1 to T8. The sub-stacks S1 to S4 function as independent output sources.
【００４３】以下、図２〜４で示す実施例は、本実施例
の燃料電池を使用して、集電端子接続方法を変えたもの
である。Hereinafter, the embodiment shown in FIGS. 2 to 4 is a modification of the fuel cell of this embodiment, in which the method of connecting the current collecting terminals is changed.
【００４４】図２は、本発明の第１実施例の燃料電池の
集電端子接続方法を示す説明図である。四つのサブスタ
ックＳ１〜Ｓ４は、互いに電気的に並列に接続されてい
る。即ち、集電端子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ８は、共通の
出力端子１１に接続され、集電端子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、
Ｔ７は、共通の出力端子１２に接続されている。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method of connecting a current collecting terminal of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention. The four substacks S1 to S4 are electrically connected to each other in parallel. That is, the current collecting terminals T2, T4, T6, and T8 are connected to the common output terminal 11, and the current collecting terminals T1, T3, T5,
T7 is connected to the common output terminal 12.
【００４５】逆電流防止手段であるダイオードＤ１、Ｄ
２、Ｄ３、Ｄ４が設けられ、それぞれ直列に前記集電端
子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７と接続されている。Diodes D1, D serving as reverse current prevention means
2, D3 and D4 are provided and connected in series to the current collecting terminals T1, T3, T5 and T7, respectively.
【００４６】本第１実施例のスタック１の実効電極面積
は、サブスタックの電極面積の４倍となる。よって前記
スタック１の発電電流は、サブスタックの発電電流の４
倍となる。しかし、実際の電極面積は、サブスタックの
電極面積であるので、ガスの配流のばらつき、電極にお
ける水溜まりが起きにく、発電電流が大きくても信頼性
の高い燃料電池ができる。本第１実施例の燃料電池は、
高電流が必要な用途に適している。The effective electrode area of the stack 1 of the first embodiment is four times the electrode area of the sub-stack. Therefore, the generated current of the stack 1 is 4 times the generated current of the sub-stack.
Double. However, since the actual electrode area is the electrode area of the sub-stack, variations in gas distribution and water accumulation in the electrodes are unlikely to occur, and a highly reliable fuel cell can be obtained even when the generated current is large. The fuel cell according to the first embodiment includes:
Suitable for applications requiring high current.
【００４７】各サブスタック間における開放電圧値、非
定常運転時の電圧値の差異により、発電電圧の相対的に
低いサブスタックに逆電圧が印可するおそれがある。逆
電圧が印可されると、そのサブスタックのセルに逆電流
が流れ、セルの電極が劣化する。前記ダイオードＤ１、
Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４により、前記逆電圧による逆電流を防
止することができるので、電極の劣化を防止することが
できる。Due to the difference between the open-circuit voltage value and the voltage value during the unsteady operation between the sub-stacks, there is a possibility that a reverse voltage may be applied to the sub-stack having a relatively low generated voltage. When a reverse voltage is applied, a reverse current flows through the cells of the substack, and the electrodes of the cells deteriorate. The diode D1,
Since D2, D3, and D4 can prevent a reverse current due to the reverse voltage, deterioration of the electrodes can be prevented.
【００４８】図３は、本発明の第２実施例の燃料電池の
集電端子接続方法を示す説明図である。四つのサブスタ
ックＳ１〜Ｓ４は、互いに電気的に直列に接続されてい
る。FIG. 3 is an explanatory view showing a method of connecting a current collecting terminal of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention. The four sub-stacks S1 to S4 are electrically connected to each other in series.
【００４９】即ち、集電端子Ｔ２とＴ３、Ｔ４とＴ５、
Ｔ６とＴ７がそれぞれ接続されている。集電端子Ｔ１
は、一方の出力端子１４に接続されている。集電端子Ｔ
８は、他方の出力端子１３に接続されている。That is, the current collecting terminals T2 and T3, T4 and T5,
T6 and T7 are connected respectively. Current collecting terminal T1
Are connected to one output terminal 14. Current collecting terminal T
8 is connected to the other output terminal 13.
【００５０】本第２実施例の燃料電池の発電電圧は、使
用した総セルを直列に積層した場合と同じものが得られ
る。前記発電電圧は、使用したセル数での最大の発電電
圧であり、高電圧が必要な用途に適している。The power generation voltage of the fuel cell of the second embodiment is the same as that obtained when all the used cells are stacked in series. The power generation voltage is the maximum power generation voltage based on the number of cells used, and is suitable for applications requiring a high voltage.
【００５１】図４は、本発明の第３実施例の燃料電池の
集電端子接続方法を示す説明図である。サブスタックＳ
１とＳ２、Ｓ３とＳ４は、それぞれに電気的に直列に接
続され、集合サブスタックＳ５、Ｓ６を形成している。
前記集合サブスタックＳ５、Ｓ６は、電気的に並列に接
続されている。FIG. 4 is an explanatory view showing a method of connecting a current collecting terminal of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention. Substack S
1 and S2, S3 and S4 are electrically connected in series, respectively, to form aggregate substacks S5 and S6.
The collective sub-stacks S5 and S6 are electrically connected in parallel.
【００５２】即ち、集電端子Ｔ２とＴ３、Ｔ６とＴ７が
それぞれ接続されている。集電端子Ｔ１とＴ５は、共通
の出力端子１６に接続されている。集電端子Ｔ４とＴ８
は、共通の出力端子１６に接続されている。That is, the current collecting terminals T2 and T3, and T6 and T7 are connected respectively. The current collecting terminals T1 and T5 are connected to a common output terminal 16. Current collecting terminals T4 and T8
Are connected to a common output terminal 16.
【００５３】逆電流防止手段であるダイオードＤ１、
Ｄ３が設けられ、それぞれ直列に前記集電端子Ｔ１、
Ｔ５と接続されている。The diode D1, which is a reverse current prevention means,
D3 is provided, and the current collecting terminals T1,
Connected to T5.
【００５４】以上の集電端子接続方法により、本第３実
施例の燃料電池は、実効電極面積がサブスタックの電極
面積２倍になっているので、サブスタックの２倍の発電
電圧と２倍の発電電流を有する燃料電池になる。According to the above-described method of connecting the current collecting terminals, the fuel cell of the third embodiment has an effective electrode area twice as large as that of the sub-stack. A fuel cell having a generated current of
【００５５】なお、集合サブスタック間における開放電
圧値、非定常運転時の電圧値の差異により発電電圧の相
対的に低い集合サブスタックに逆電圧が印可するおそれ
がある。逆電圧が印可されると、その集合サブスタック
のセルに逆電流が流れ、セルの電極が劣化する。前記ダ
イオードＤ１、 Ｄ３により、前記逆電圧による逆電流
を防止することができるので、電極の劣化を防止するこ
とができる。It is to be noted that a reverse voltage may be applied to the collective substack having a relatively low generated voltage due to a difference between the open voltage value and the voltage value during the unsteady operation between the collective substacks. When a reverse voltage is applied, a reverse current flows through the cells of the collective substack, and the electrodes of the cells deteriorate. Since the diodes D1 and D3 can prevent reverse current due to the reverse voltage, it is possible to prevent electrode deterioration.
【００５６】以上の第１〜３実施例が示しているよう
に、その集電端子接続方法により、一台の燃料電池で発
電電流と発電電圧を用途によって自由に設定できる。特
に、低電圧、大電流を必要とする用途では、本発明の燃
料電池が大きな効果を発揮する。また、同じ構成の燃料
電池で、多くの用途に対応することができるので、製造
する部品の種類を少なくすることができ、燃料電池の製
造コストを下げることができる。As shown in the first to third embodiments, the power generation current and the power generation voltage can be freely set in one fuel cell depending on the application by the current collecting terminal connection method. In particular, in applications requiring low voltage and large current, the fuel cell of the present invention exhibits a great effect. Further, since the fuel cell having the same configuration can be used for many applications, the types of parts to be manufactured can be reduced, and the manufacturing cost of the fuel cell can be reduced.
【００５７】[0057]
【発明の効果】以上のように、本発明は、燃料ガス、酸
化剤ガス、冷却剤の少なくとも一つの流体通流溝を有す
るセパレータで電解質と電極の接合体を挟持した複数の
セルを積層した複数のサブスタックを、前記セルの積層
方向に、前記サブスタックの間に絶縁板を挟んで積層
し、前記各サブスタックごとに集電端子を設けたことを
特徴とする燃料電池であるので、発電電流を大きくして
も信頼性が高く、発電電流と発電電圧を用途によって自
由に設定でき、且つ低コストの燃料電池ができる。As described above, according to the present invention, a plurality of cells in which a joined body of an electrolyte and an electrode is sandwiched by a separator having at least one fluid flow groove of a fuel gas, an oxidizing gas and a coolant are stacked. Since a plurality of sub-stacks are stacked in the cell stacking direction with an insulating plate interposed between the sub-stacks, and a current collecting terminal is provided for each of the sub-stacks, Even if the generated current is increased, the reliability is high, the generated current and the generated voltage can be freely set depending on the application, and a low-cost fuel cell can be obtained.
【図１】本発明の実施例の自動車用固体高分子電解質型
燃料電池の斜視図FIG. 1 is a perspective view of an automotive solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１実施例の燃料電池の集電端子接続
方法を示す説明図FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method of connecting a current collecting terminal of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２実施例の燃料電池の集電端子接続
方法を示す説明図FIG. 3 is an explanatory view showing a method of connecting a current collecting terminal of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３実施例の燃料電池の集電端子接続
方法を示す説明図FIG. 4 is an explanatory view showing a method of connecting a current collecting terminal of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
１…スタック ３Ａ…酸化剤ガス導入孔 ３Ｂ…酸化剤ガス排出孔 ４Ａ …燃料ガス導入孔 ４Ｂ …燃料ガス排出孔 ５Ａ …冷却剤導入孔 ５Ｂ …冷却剤排出孔 ＡＴ１〜ＡＴ８…集電板 Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード（逆電流防止手段） Ｉ１〜Ｉ４…絶縁板 Ｓ１〜Ｓ４…サブスタック Ｓ５、Ｓ６…集合サブスタック Ｔ１〜Ｔ８…集電端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stack 3A ... Oxidant gas introduction hole 3B ... Oxidant gas discharge hole 4A ... Fuel gas introduction hole 4B ... Fuel gas discharge hole 5A ... Coolant introduction hole 5B ... Coolant discharge hole AT1-AT8 ... Current collecting plate D1- D4: Diode (reverse current prevention means) I1 to I4: Insulating plate S1 to S4: Substack S5, S6: Collective substack T1 to T8: Current collecting terminal
Claims (7)
とも一つの流体通流溝を有するセパレータで電解質と電
極の接合体を挟持した複数のセルを積層した複数のサブ
スタックを、前記セルの積層方向に、前記サブスタック
の間に絶縁板を挟んで積層し、前記各サブスタックごと
に集電端子を設けたことを特徴とする燃料電池。1. A plurality of sub-stacks each comprising a plurality of cells in which an electrolyte-electrode assembly is sandwiched by a separator having at least one fluid flow groove for fuel gas, oxidizing gas, and coolant, A fuel cell, comprising: stacking an insulating plate between the sub-stacks in a stacking direction; and providing a current collecting terminal for each of the sub-stacks.
入マニホールド、冷却剤導入マニホールド、燃料ガス導
入マニホールド、酸化剤ガス排出マニホールド、冷却剤
排出マニホールド、燃料ガス排出マニホールドを備えて
いることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。2. A sub-stack comprising a common oxidant gas introduction manifold, a coolant introduction manifold, a fuel gas introduction manifold, an oxidant gas discharge manifold, a coolant discharge manifold, and a fuel gas discharge manifold. The fuel cell according to claim 1, wherein
に並列に接続されていることを特徴とする請求項１記載
の燃料電池。3. The fuel cell according to claim 1, wherein current collecting terminals of the sub-stack are electrically connected in parallel.
に直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載
の燃料電池。4. The fuel cell according to claim 1, wherein the current collecting terminals of the sub-stack are electrically connected in series.
に並列と直列を併用して接続されていることを特徴とす
る請求項１記載の燃料電池。5. The fuel cell according to claim 1, wherein the current collecting terminals of the sub-stack are electrically connected in parallel and in series.
る各集電端子に、逆電流防止手段が直列に接続されてい
ることを特徴とする請求項１、３、５記載の燃料電池。6. The fuel cell according to claim 1, wherein a reverse current preventing means is connected in series to each of the current collecting terminals of the sub-stack connected in parallel.
ことを特徴とする請求項５記載の燃料電池。7. The fuel cell according to claim 5, wherein said reverse current prevention means is a diode.
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|---|---|---|---|
| JP10332603A JP2000164234A (en) | 1998-11-24 | 1998-11-24 | Fuel cell |
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