JP2002124285A

JP2002124285A - 燃料電池の電圧測定装置

Info

Publication number: JP2002124285A
Application number: JP2000317469A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Yatsugami; 裕一八神; Kimihide Horio; 公秀堀尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2002-04-26
Anticipated expiration: 2020-10-18
Also published as: JP4055349B2

Abstract

(57)【要約】【課題】端子のセルへの装着の作業性を改善でき、端
子のセルへの固定を従来より確実化できる燃料電池の電
圧測定装置の提供。【解決手段】（１）燃料電池１０のセルでの電圧を測
定するための、セパレータ１８に着脱可能な端子２８
を、複数セル分まとめて、かつそれぞれの端子２８が相
対変位可能に、支持プレート２９に装着した燃料電池の
電圧測定装置。（２）支持プレート２９がくし歯状であ
る。（３）端子２８は燃料電池への装着姿勢においてセ
ル積層方向に長さが順に短くなっている。（４）端子２
８はＬ字状のピンからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の各セル
電圧をモニタするための燃料電池の電圧測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は、イオン
交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置さ
れた触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料
極）および電解質膜の他面に配置された触媒層および拡
散層からなる電極（カソード、空気極）とからなる膜−
電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assem
bly ）と、アノード、カソードに燃料ガス（水素）およ
び酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体
通路を形成するセパレータとからセルを構成し、複数の
セルを積層してモジュールとし、モジュールを積層して
モジュール群を構成し、モジュール群のセル積層方向両
端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを
配置してスタックを構成し、スタックをスタックの外側
でセル積層体積層方向に延びる締結部材（たとえば、テ
ンションプレート）にて締め付け、固定したものからな
る。固体高分子電解質型燃料電池では、アノード側で
は、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素
イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側
では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノ
ードで生成した電子がセパレータを通してくる）から水
を生成する反応が行われる。アノード側：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- カソード側：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏカソードでの水生成反応では熱が出るので、セパレータ
間には、各セル毎にあるいは複数個のセル毎に、冷却媒
体（通常は冷却水）が流れる流路が形成されており、燃
料電池を冷却している。各セル毎に、または複数のセル
毎に、セルで正常な発電が行われていることを確認する
とともに、セル電圧に基づいて反応ガスの流量制御を行
ったり、異常電圧の場合にモータにガードをかけるため
に、セル電圧がモニタされる。特開平９−２８３１６６
号公報は、セル電圧をモニタするために、各セルのセパ
レータに形成した穴に、１本１本モニタピン端子を差し
こむ端子取付け構造を提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の燃料電
池のモニタピン端子取付け構造では、各セルのセパレー
タにモニタピン端子を１本１本装着していかなければな
らないので、モニタピン端子装着の作業性が悪い、モニタピン端子のセパレータへの固定が不確実であ
る、等の問題がある。本発明の目的は、端子のセルへの
装着の作業性を改善でき、端子のセルへの固定を従来よ
り確実化できる燃料電池の電圧測定装置を提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。（１）燃料電池のセルでの電圧を測定するための、セ
パレータに着脱可能な端子を、複数セル分まとめて、か
つそれぞれの端子が相対変位可能に、支持プレートに装
着した燃料電池の電圧測定装置。（２）前記支持プレートがくし歯状である（１）記載
の燃料電池の電圧測定装置。（３）前記端子は燃料電池への装着姿勢においてセル
積層方向に長さが順に短くなっている（１）記載の燃料
電池の電圧測定装置。（４）前記端子はＬ字状のピンからなる（１）記載の
燃料電池の電圧測定装置。

【０００５】上記（１）の燃料電池の電圧測定装置で
は、端子を、複数セル分まとめて、支持プレートに装着
したので、端子を１本１本セパレータに取付けていた従
来に比べて、端子のセパレータへの取付けの作業性が向
上する。また、それぞれの端子が相対変位可能なため、
複数の端子が一体化されているにかかわらず、セパレー
タの端子係合穴ピッチがばらついていても、端子を端子
係合穴に挿入することができる。また、端子係合穴にか
かる荷重が緩和し、端子係合穴の破損を防止できる。ま
た、一体化した端子のうち１本がセパレータから抜け外
れそうになっても、同じ支持プレートの残りの端子がセ
パレータに確実に固定されていれば、その支持プレート
の端子がセパレータから抜け外れることはないので、端
子のセルへの固定が従来より確実となる。上記（２）の
燃料電池の電圧測定装置では、支持プレートがくし歯状
であるため、くし歯部位に端子を取付けることにより、
それぞれの端子を相対変位可能とすることができる。上
記（３）の燃料電池の電圧測定装置では、端子の長さ
が、セル積層方向に順に、短くなっているので、長い端
子から順に端子係合穴に挿入していくことができ、同じ
長さの端子を同時に端子係合穴に挿入する場合に比べ
て、挿入が容易である。上記（４）の燃料電池の電圧測
定装置では、端子をＬ字状としたので、Ｌ字の一辺を支
持プレートの面方向に延ばすことによりその一辺の全長
でセル積層方向に延びる支持プレートに支持することが
でき、Ｌ字の他辺をセパレータに形成した端子係合穴と
同方向に延ばすことにより端子を支持プレートごとセパ
レータに近づけてＬ字の他辺を端子係合穴に挿入するこ
とができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の燃料電池の電圧
測定装置を図１〜図４を参照して、説明する。本発明の
電圧測定装置が取付けられてセル電圧がモニタされる燃
料電池は、固体高分子電解質型燃料電池１０である。本
発明の燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載
される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。

【０００７】固体高分子電解質型燃料電池１０は、図
３、図４に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜
１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２
および拡散層１３からなる電極１４（アノード、燃料
極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５
および拡散層１６からなる電極１７（カソード、空気
極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membra
ne-Electrode Assembly ）と、電極１４、１７に燃料ガ
ス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給
するための流体通路２７および燃料電池冷却用の冷却水
が流れる冷却水流路２６を形成するセパレータ１８とを
重ねてセルを形成し、該セルを複数積層してモジュール
１９とし、モジュール１９を積層してモジュール群を構
成し、モジュール１９群のセル積層方向（燃料電池積層
方向）両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、
エンドプレート２２を配置してスタック２３を構成し、
スタック２３を積層方向に締め付けスタック２３の外側
で燃料電池積層体積層方向に延びる締結部材２４（たと
えば、テンションプレート）とボルト２５で固定したも
のからなる。

【０００８】セパレータ１８は、燃料ガスと酸化ガス、
燃料ガスと冷却水、酸化ガスと冷却水、の何れかを区画
するとともに、隣り合うセルのアノードからカソードに
電子が流れる電気の通路を形成している。冷却水流路２
６はセル毎に、または複数のセル毎に、設けられる。た
とえば、２つのセル毎に１つの冷却水流路２６が設けら
れる。セパレータ１８は、カーボン板に冷却水流路２６
やガス流路２７を形成したもの、または、導電性粒子を
混入して導電性をもたせた樹脂板に冷却水流路２６やガ
ス流路２７を形成したもの、または、流路２６、２７を
形成する凹凸のある金属板を複数枚重ね合わせたもの、
の何れかからなる。

【０００９】図１に示すように、燃料電池１０のセルで
の電圧を測定するために、各セル毎に、または複数のセ
ル毎に、端子２８が設けられる。端子２８は、セルのセ
パレータ１８に対して着脱可能に取り付けられる。端子
２８は、セパレータ１８に直接接触するように設けられ
る。端子２８は、複数セル分まとめて、かつそれぞれの
端子２８が相対変位可能に、支持プレート２９に装着さ
れる。端子２８は、導電材、たとえば銅からなり、支持
プレート２８は、非導電材、たとえば、樹脂からなる。
それぞれの端子２８が相対変位可能になるために、支持
プレート２９は、たとえばくし歯状とされており、各く
し歯２９ａに各端子２８を装着し、くし歯２９ａの弾性
変形によって、端子２８同士が相対変位可能とされてい
る。端子２８には配線が接続されており、その配線はコ
ンピュータに接続されており、端子２８によりモニタさ
れたセル電圧はコンピュータに送られる。支持プレート
２９に支持された端子２８は一端部が直接セパレータ１
８に挿入されており、セパレータ１８に挿入された端子
部分と支持プレート２９に支持された端子２８との間に
は配線はない。

【００１０】図１はセパレータ１８がカーボン板または
導電性樹脂板からなる場合のセパレータへの端子の着脱
可能な取付け構造の一例を示している。図１では、セパ
レータ１８には、セル積層方向の側面、例えばスタック
を横置き（水平置き）にした場合の上面に、該面と直交
する方向（たとえば、上下方向）に延び該面に開口する
端子係合穴３０（端子がピンの場合はピン穴）が形成さ
れており、そこに端子２８が挿入、接触される。各穴３
０に各端子２８が挿入される。

【００１１】支持プレート２９は、セパレータ１８のセ
ル積層方向の側面、例えばスタックを横置き（水平置
き）にした場合の上面に、平行にかつ該上面と間隔をも
って、配置されている。端子２８は、たとえばＬ字状の
ピンからなる。この場合、端子のＬ字の一辺２８ｂは支
持プレート２９に取付けられ、端子のＬ字の他辺２８ａ
は支持プレート２９のくし歯２９ａに形成した穴２９ｂ
を挿通してセパレータ１８の端子係合穴３０と同方向に
延び、支持プレート２９を端子２８ごとセパレータ１８
に向かって移動させることにより、その支持プレート２
９に取付けられている端子２８のＬ字の他辺２８ａがセ
パレータ１８の対応する端子係合穴３０に挿入される。

【００１２】端子２８を端子係合穴３０に挿入後、各端
子２８はセパレータ１８の端子係合穴３０から抜け外れ
不能に固定される。この場合、端子２８が端子係合穴３
０後に端子２８が接着材によりセパレータ１８に固定さ
れてもよいし、またはブラケットを支持プレート２９に
ねじ等により固定してそのブラケットにより端子２８の
一辺２８ｂをブラケットと支持プレート２９との間に挟
んで端子２８を固定してもよい。

【００１３】図２に示すように、端子２８は、望ましく
は、燃料電池へ装着する姿勢（支持プレート２９がセパ
レータ１８装着面に平行となっている姿勢）において、
セル積層方向に順に、長さが短くなっている。その場合
は、支持プレート２９を端子ごとセパレータ２８に向か
って移動させる時、端子２８の端子係合穴３０への挿入
時点が端子毎に異なり、長さが長い端子から順に、セパ
レータ１８の端子係合穴３０に挿入されていき、最短の
端子が最後に端子係合穴３０に挿入される。

【００１４】セパレータがメタルからなる場合は、セパ
レータ側に突出する端子をセパレータに一体に設けてお
き、支持プレート側に端子が挿入される凹部を設けてお
いてもよい。また、上記では、モニタピンが電圧測定用
の端子であるが、端子以外に温度センサなどの他のモニ
タ手段であってもよい。

【００１５】つぎに、本発明の作用を説明する。本発明
の燃料電池の電圧測定装置では、端子２８を、複数セル
分まとめて、共通の支持プレート２９に装着したので、
共通の支持プレート２９をセパレータ１８側に移動させ
るだけで、一挙に、その支持プレート２９に支持されて
いる端子２８を端子係合穴３０に挿入することができ、
端子を１本１本セパレータに取付けていた従来に比べ
て、端子２８のセパレータ１８への取付けの作業性が向
上する。

【００１６】また、それぞれの端子２８が相対変位可能
なため、複数の端子２８が支持プレート２９を介して一
体化（モジュール化）されているにかかわらず、セパレ
ータの端子係合穴３０ピッチがばらついていても、端子
２８を端子係合穴３０に挿入することができる。また、
それぞれの端子２８が相対変位可能なため、端子係合穴
３０にかかる荷重が緩和し、端子係合穴３０部位でのセ
パレータ１０の破損を防止できる。

【００１７】また、一体化した端子２８のうち一部のも
のがセパレータ１８から抜け外れそうになっても、同じ
支持プレート２９の残りの端子２８がセパレータ１８ま
たは支持プレート２９に確実に固定されていれば、その
支持プレート２９の端子２８がセパレータ１８から抜け
外れることはないので、端子２８のセルのセパレータ１
８への固定が従来より確実となる。

【００１８】支持プレート２９がくし歯状である場合
は、くし歯２９ａ部位に端子２８を取付けることによ
り、それぞれの端子２８を、くし歯２９ａの弾性変形に
よって、相対変位可能とすることができる。端子２８を
Ｌ字状としたので、Ｌ字の一辺２８ｂを支持プレート２
９の面方向に延ばすことによりその一辺２８ｂの全長で
セル積層方向に延びる支持プレートに２９支持すること
ができ、Ｌ字の他辺２８ａをセパレータ１８に形成した
端子係合穴３０と同方向に延ばすことにより、端子２８
を支持プレート２９ごとセパレータに近づけるだけで、
Ｌ字の他辺２８ａを端子係合穴３０に挿入することがで
きる。

【００１９】また、端子２８の長さが、セル積層方向に
順に、短くなっているので、長い端子から順に端子係合
穴３０に挿入していくことができ、同じ長さの端子を同
時に端子係合穴に挿入する場合に比べて、端子係合穴３
０への挿入が容易である。

【００２０】

【発明の効果】請求項１の燃料電池の電圧測定装置によ
れば、端子を、複数セル分まとめて、支持プレートに装
着したので、端子を１本１本セパレータに取付けていた
従来に比べて、端子のセパレータへの取付けの作業性が
向上する。また、それぞれの端子が相対変位可能なた
め、複数の端子が一体化されているにかかわらず、セパ
レータの端子係合穴ピッチがばらついていても、端子を
端子係合穴に挿入することができる。また、一体化した
端子のうち１本がセパレータから抜け外れそうになって
も、同じ支持プレートの残りの端子がセパレータに確実
に固定されていれば、その支持プレートの端子がセパレ
ータから抜け外れることはないので、端子のセルへの固
定が従来より確実となる。請求項２の燃料電池の電圧測
定装置によれば、支持プレートがくし歯状であるため、
くし歯部位に端子を取付けることにより、くし歯の弾性
変形によって、それぞれの端子を相対変位可能とするこ
とができる。請求項３の燃料電池の電圧測定装置によれ
ば、端子の長さが、セル積層方向に順に、短くなってい
るので、長い端子から順に端子係合穴に挿入していくこ
とができ、同じ長さの端子を同時に端子係合穴に挿入す
る場合に比べて、挿入が容易である。請求項４の燃料電
池の電圧測定装置によれば、端子をＬ字状としたので、
Ｌ字の一辺を支持プレートの面方向に延ばすことにより
その一辺の全長でセル積層方向に延びる支持プレートに
支持することができ、Ｌ字の他辺をセパレータに形成し
た端子係合穴と同方向に延ばすことにより端子を支持プ
レートごとセパレータに近づけるだけでＬ字の他辺を端
子係合穴に容易に挿入することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の燃料電池の電圧測定装置の一部
斜視図である。

【図２】本発明実施例の燃料電池の電圧測定装置の、端
子の長さが順に変化する場合の、一部側面図である。

【図３】本発明実施例の燃料電池の電圧測定装置が適用
される燃料電池の全体概略図である。

【図４】図３の燃料電池の一部拡大断面図である。

【符号の説明】

１０（固体高分子電解質型）燃料電池１１電解質膜１２触媒層１３拡散層１４電極（アノード、燃料極）１５触媒層１６拡散層１７電極（カソード、空気極）１８セパレータ１９モジュール２０ターミナル２１インシュレータ２２エンドプレート２３スタック２４テンションプレート２５ボルト２６冷却水流路２７ガス流路２８端子２８ａ、２８ｂＬ字の辺２９支持プレート２９ａくし歯２９ｂ穴３０端子係合穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池のセルでの電圧を測定するため
の、セパレータに着脱可能な端子を、複数セル分まとめ
て、かつそれぞれの端子が相対変位可能に、支持プレー
トに装着した燃料電池の電圧測定装置。
【請求項２】前記支持プレートがくし歯状である請求
項１記載の燃料電池の電圧測定装置。
【請求項３】前記端子は燃料電池への装着姿勢におい
てセル積層方向に長さが順に短くなっている請求項１記
載の燃料電池の電圧測定装置。
【請求項４】前記端子はＬ字状のピンからなる請求項
１記載の燃料電池の電圧測定装置。