JP2003109649A - 燃料電池積層体 - Google Patents

燃料電池積層体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の厚みを薄くしても、コネクタユニ
ットの使用を可能とする燃料電池積層体を提供する。 【解決手段】 膜電極構造体２２とこれを挟持するセパ
レータ３０，３２とを有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを
供給されて電気を発生させる燃料電池２１が積層され、
外部の電圧測定装置に接続されたコネクタ６０に連結す
ることで電圧測定可能な端子５０、５２が、前記燃料電
池のセパレータ３０，３２に設けられた燃料電池積層体
である。一の電圧測定部５０が、積層方向に隣合う電圧
測定部５２に対し、積層方向から見て位置をずらして形
成され、積層方向から見て同一位置となる端子５０の間
隔が、コネクタ６０の複数をまとめたコネクタユニット
６４を挿入可能な間隔に保持されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極体とこれを挟
持するセパレータとを有した燃料電池が積層されてな
り、前記セパレータに電圧測定が可能な電圧測定部を設
けた燃料電池積層体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車等の新たな動力源として燃
料電池が注目されている。燃料電池としては、固体高分
子電解質膜の両側にガス拡散電極層を配設した膜電極構
造体（ＭＥＡ）を備えており、該電極体を一対のセパレ
ータで挟持したものが一般的である。この燃料電池を用
いて発電する場合には、燃料電池の一方のガス拡散電極
層にガス燃料（例えば、水素ガス）を、他方のガス拡散
電極層に酸化剤ガス（例えば、酸素を含む空気）を供給
することで、電気化学反応を発生させる。この発電時に
生成されるのは基本的には無害な水だけであるため、環
境への影響や利用効率の観点から、前記燃料電池が注目
されている。
【０００３】ところで、一つの燃料電池では、自動車を
駆動するのに十分な電力を得ることは困難である。そこ
で、前記駆動に十分な電力が供給できるように、燃料電
池を複数積層して燃料電池積層体を形成し、この燃料電
池積層体を自動車に車載することが検討されている。
【０００４】この場合において、燃料電池積層体を構成
する各燃料電池が正常に発電するかを監視するために、
燃料電池の電圧を検出することは非常に重要である。従
来においては、図１０に示したように、燃料電池積層体
１のセパレータに突起状や溝状の電圧測定端子２を設け
ている。この電圧測定端子２を外部の電圧測定装置（図
示せず）に接続したコネクタに連結することで、端子２
の設けられたセパレータの電圧を測定し、これにより各
燃料電池の電圧を検出していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては以下のような問題があった。すなわち、従来に
おいては、各燃料電池の電圧測定端子２は一般に、積層
方向から見て同じ位置に直列に配置されている（図１０
参照）。このため、各電圧測定端子２ごとに電圧測定装
置に接続するためのコネクタを別々に設けると、各端子
２とコネクタとの連結時にコネクタと電子測定装置とを
結ぶ配線が絡み合うおそれがある。また、コネクタを各
端子２に一つずつ連結する必要があるため、作業が面倒
である。
【０００６】したがって、端子２の複数をまとめて連結
できるように、複数のコネクタ３をユニット化したコネ
クタ（コネクタユニット）４を使用することが検討され
ている。しかし、燃料電池積層体１を車両等に搭載する
ために、各燃料電池の厚みを可能な限り薄くすることが
望まれており、これに伴い端子同士の間隔Ｗは必然的に
狭くなる傾向にある。このため、図１１の側断面図に示
したように、端子２が直列に配置されている場合、端子
２同士の間隔Ｗが狭いと、コネクタユニット４の端部側
での厚みＸを十分に確保できずに強度的に弱くなるおそ
れがある。加えて、コネクタユニット４同士の間隔Ｙを
十分に確保できずに、コネクタユニット４同士がぶつか
り合うなど、その連結に支障をきたすおそれがあった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、燃
料電池の厚みを薄くしても、複数の電圧測定部に一度に
連結できるコネクタ（コネクタユニット）の使用を可能
とする燃料電池積層体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた請求項１に記載した発明は、電極体（例え
ば、実施の形態における膜電極構造体２２）とこれを挟
持するセパレータ（例えば、実施の形態におけるセパレ
ータ３０，３２）とを有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを
供給されることにより電気を発生する燃料電池（例え
ば、実施の形態における燃料電池２１）を積層してなる
燃料電池積層体（例えば、実施の形態における燃料電池
積層体２０）であって、前記セパレータに、外部の電圧
測定装置に接続されたコネクタ（例えば、実施の形態に
おけるコネクタ６０）に連結することで電圧測定可能な
電圧測定部（例えば、実施の形態における端子５０）が
設けられ、積層方向に隣合う電圧測定部であって、別個
のコネクタに接続される電圧測定部（例えば、実施の形
態における端子５２）が、積層方向から見て相互に位置
をずらして設けられていることを特徴とする燃料電池積
層体である。
【０００８】上記のように構成すると、互いに別個のコ
ネクタに接続され、積層方向から見て同一位置に配され
て隣合う電圧測定部同士の間隔を一定以上に保持するこ
とができる。すなわち、これらの電圧測定部同士の間隔
を、コネクタの端部側の必要厚みと、別個のコネクタを
挿入可能な間隔とが確保されるように設定できる。した
がって、燃料電池の厚みを薄くして電圧測定部の設けら
れるセパレータ同士の間隔が小さくなっても、別個のコ
ネクタ同士がぶつかり合うことなく、対応する複数の電
圧測定部に連結できる。
【０００９】なお、電圧測定部は、セパレータの外側に
突出した端子とすることが好ましいが、これに限らずセ
パレータの外形を維持させて形成してもよく、セパレー
タの内側に溝状に形成してもよい。また、積層方向に隣
合い、互いに別個のコネクタに接続される電圧測定部同
士は、積層方向から見て重ならないように配置すること
が好ましいが、コネクタの接続に支障の無い範囲で一部
重なるように配置してもよい。
【００１０】請求項２に記載した発明は、前記燃料電池
の積層方向に隣合う電圧測定部の複数をまとめた電圧測
定部群（例えば、実施の形態における端子群７２）が形
成され、積層方向に隣合う電圧測定部群であって、別個
のコネクタ（例えば、実施の形態におけるコネクタユニ
ット７６）に接続される電圧測定部群（例えば、実施の
形態における端子群７４）が、積層方向から見て相互に
位置をずらして設けられていることを特徴とする燃料電
池積層体（例えば、実施の形態における燃料電池積層体
７０）である。
【００１１】上記のように構成すると、積層方向から見
て同一位置の電圧測定部のうち、別個のコネクタに連結
される電圧測定部同士の間隔のみを、上記したコネクタ
端部側の必要厚みと、コネクタを挿入可能な間隔とが確
保されるように設定することができる。したがって、同
一のコネクタに連結される電圧測定部同士の間隔は、互
いに接触しない程度の間隔まで小さくすることができ
る。したがって、同一のコネクタに連結できる電圧測定
部の数を増やすことができる。また、電圧測定部群ごと
にコネクタを対応させて連結していけばよいため、電圧
測定部にコネクタを連結する作業が簡単化する。また、
電圧測定部が配置される領域を電圧測定部群として密集
させることができる。
【００１２】請求項３に記載した発明は、前記電圧測定
部群の積層方向に隣合う電圧測定部が、積層方向から見
て相互に位置をずらして設けられていることを特徴とす
る燃料電池積層体（例えば、実施の形態における燃料電
池積層体１００）である。
【００１３】上記のように構成すると、各電圧測定部群
としてのまとまりを保持しつつ、電圧測定部をさらに分
散させて配置することができるため、電圧測定部群が形
成されるセパレータ同士の間隔をさらに小さくすること
が可能となる。
【００１４】請求項４に記載した発明は、前記積層方向
に隣合う電圧測定部のうち少なくとも一部（例えば、実
施の形態における端子５０、８２）が積層方向から見て
一方に偏らせて配設されることを特徴とする燃料電池積
層体（例えば、実施の形態における燃料電池積層体９
０）である。
【００１５】上記のように構成すると、電圧測定部群を
配置する領域をさらに密集させることができ、それ以外
の部分に他の機器等を配置する自由度を高めることがで
きる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る燃料電池積層体を図面と共に説明する。図７は本発明
の第１の実施の形態における燃料電池積層体２０の断面
図である。図７において２２は膜電極構造体を示し、こ
の膜電極構造体２２は、固体高分子電解質膜２４と、そ
の両側に設けたガス拡散層（アノード側拡散層とカソー
ド側拡散層）２６、２８で構成されている。前記固体高
分子電解質膜２４と、それぞれのガス拡散層２６，２８
の間には触媒層（図示せず）が形成してある。この膜電
極構造体２２の両面には、一対のセパレータ３０、３２
が配設され、各セパレータ３０、３２同士の対向面周縁
側にリング状のシール部材３４をセットして、このシー
ル部材３４により固体高分子電解質膜２４を挟持し、そ
の状態で両セパレータ３０、３２で膜電極構造体２２を
挟持して、燃料電池２１を構成している。両セパレータ
３０、３２には燃料ガスや酸化ガス、冷却媒体を供給す
るためのガス通路３６、３８、冷却媒体通路４０が形成
してある。
【００１７】上記のように構成した燃料電池２１におい
ては、前記ガス通路３６を通してアノード側拡散層２６
の反応面に燃料ガス（例えば、水素ガス）を供給する
と、触媒層で水素がイオン化され、固体高分子電解質膜
２４を介してカソード側拡散層２８側に移動する。この
間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エ
ネルギーとして利用される。カソード側拡散層２８にお
いては酸化ガス（例えば、酸素を含む空気）が供給され
ているため、水素イオン、電子、及び酸素が反応して水
が生成される。
【００１８】図８および図９は、本実施の形態における
セパレータ３０およびセパレータ３２の平面図である。
図８、図９に示したように、セパレータ３０、３２に
は、燃料ガス連通孔４４ａ，４４ｂ、酸化剤ガス連通孔
４６ａ，４６ｂ、冷却媒体連通孔４８ａ，４８ｂが両側
に形成され、これらの連通孔において一方（図示左側）
が供給口４４ａ、４６ａ、４８ａとされ、他方（図示右
側）が排出口４４ｂ、４６ｂ、４８ｂとされている。こ
のように形成したセパレータ３０、３２が膜電極構造体
２２を挟持して、燃料電池２１を構成するのである（図
７参照）。なお、セパレータはカーボン等を切削加工し
て形成したものであってもよく、また金属等をプレス成
形して形成したものであってもよい。
【００１９】前記燃料電池２１のセパレータ３０，３２
には、電圧検出用の端子５０、５２がそれぞれ設けられ
ている。図８、図９に示したように、端子５０、５２
は、セパレータ３０、３２の同一の端面上で、かつ、積
層方向（図の平面視方向）から見てずれた位置に形成さ
れている。なお、図７は図８のＡＡ方向から見た断面図
であり、図７においては図示都合上端子５０，５２を省
略している。
【００２０】図１は本実施の形態における燃料電池積層
体２０の平面図である。なお、以下の図において、矢印
Ｚは積層方向を示している。図１に示したように、端子
５０、５２は積層方向から見てセパレータ３０、３２の
それぞれ交互にて端部側に寄せて２列で積層配置されて
いる。このように積層配置された端子５０は、図６の斜
視図に示すように、各端子５０を連結するコネクタ６０
を保持したコネクタユニット６４に一体的に連結され
る。これにより、配線が混線することなく、コネクタユ
ニット６４に連結した各端子５０の電圧の測定を一括し
て行うことができる。また、端子５２においても同様で
ある。
【００２１】本実施の形態においては、積層方向から見
て同一位置の端子５０間、そして端子５２間の間隔Ｐ
は、それぞれコネクタユニット６４を挿入可能な間隔に
保持されている。すなわち、間隔Ｐにおいては、図１に
示したように、コネクタユニット６４端部の必要な厚み
Ｘが確保されているとともに、端子５０または端子５２
に連結したときのコネクタユニット６４同士の間隔Ｙが
確保されている。すなわち、積層方向から見て同一位置
の端子５０同士または端子５２同士の間隔Ｐが、コネク
タユニット６４を挿入可能な間隔に保持されるように、
隣合う端子５０、５２の位置をずらしている。したがっ
て、積層される燃料電池２１が小型化して互いの間隔を
小さくした場合であっても、コネクタユニット６４を使
用することができる。このため、各燃料電池２１の電圧
測定を容易に行うことができる。
【００２２】また、本実施の形態においては、上記した
ように、セパレータ３０、３２の同一の面上に端子５
０、５２を設けている。このため、セパレータ３０、３
２の他の面には、たとえば制御装置（ＥＣＵ）などの装
置を配置することができ、利便性が増す。なお、本実施
の形態においては、セパレータ３０、３２の端面外側に
端子５０、５２を突起状に形成してコネクタ６０に差し
込むように構成したが、セパレータ３０、３２の端面内
側に端子５０、５２を溝状に形成してコネクタ６０を差
し込むように構成してもよく、セパレータ３０、３２の
外形を変えることなく端子５０、５２を一体的に作り込
んでもよい。
【００２３】本発明の第２の実施の形態における燃料電
池積層体７０について図２を用いて説明する。なお、以
下の説明において、第１の実施の形態と同一の部材につ
いては、同一の番号を付してその説明を省略する。本実
施の形態においては、端子５０、５２の複数をまとめた
端子群７２、７４が形成されている。そして、これらの
端子群７２，７４は、積層方向から見て互いに位置をず
らして形成され、それぞれの端子群７２，７４の間隔Ｑ
が、コネクタユニット７６を挿入可能な間隔に維持され
ている。このようにしたため、コネクタユニット７６の
複数のコネクタ６０を、対応する端子群７２，７４ごと
に連結することができ、連結した端子群７２，７４ごと
に一括して電圧を測定することができる。
【００２４】加えて、本実施の形態においては、同一の
コネクタユニット７６に連結される端子５０同士、また
は端子５２同士の間隔Ｒは、互いに接触しない程度の間
隔にまで小さくしている。したがって、同一のコネクタ
ユニット７６に連結できる端子５０（端子５２）の数を
増やすことができる。また、端子群７２，７４ごとにコ
ネクタユニット７６を対応させて連結していけばよいた
め、端子群７２、７４にコネクタユニット７６を連結す
る作業が簡単化する。また、端子５０、５２が配置され
る領域を端子群７２，７４として密集させることによ
り、それ以外の部分に他の機器等を配置する自由度を高
めることができる。
【００２５】本発明の第３の実施の形態における燃料電
池積層体８０について図３を用いて説明する。本実施の
形態においては、第１の実施の形態で示した端子５２
を、積層方向から見て端子５０に近づけた位置に配置し
て端子８２としている。このように、端子５０、８２を
積層方向から見て一方に偏らせて配設することで、端子
５０、端子８２の形成される領域をさらに密集させるこ
とができるため、第１の実施の形態の場合よりも他の機
器の配置自由度等でさらに利便性が増す。加えて、端子
５０、８２を一度に連結することができるコネクタユニ
ット８４を使用できるため、端子５０、８２の電圧の測
定がさらに容易となる。
【００２６】本発明の第４の実施の形態における燃料電
池積層体９０について図４を用いて説明する。本実施の
形態においては、第２の実施の形態で示した端子群７４
を積層方向から見て端子群７２に近づけた位置に配置し
た点が異なるものである。このようにしたため、第２の
実施の形態で述べた効果に加えて、第３の実施の形態の
場合と同様に、利便性を増すことができる。なお、以上
の実施の形態においては、端子または端子群を積層方向
に２列に配置した場合について説明したが、これに限ら
ず３列以上にずらして配置してもよい。
【００２７】本発明の第５の実施の形態における燃料電
池積層体１００について図５を用いて説明する。本実施
の形態においては、第１の実施の形態における端子５０
に隣合う端子をずらして端子１０１とし、端子５２に隣
合う端子をずらして端子１０３としている。端子５０、
１０１で端子群１０２を形成し、端子５２，１０３で端
子群１０４を形成している。端子群１０２と端子群１０
４とは、互いに積層方向にずらして設けられている。こ
のように、各端子をさらに分散させて配置しているた
め、燃料電池２１をさらに小型化しても、必要な間隔を
保持することができる。さらに、これらの端子群１０
２、１０４を、第３の実施の形態や第４の実施の形態の
場合と同様に、積層方向から見て互いに近づけて配置し
てもよい。
【００２８】なお、以上の実施の形態においては、積層
方向に隣合う各端子または各端子群が積層方向から見て
位置をずらして設けられている場合について説明した
が、少なくとも一部の端子または端子群がずれていても
よい。また、上記した各実施の形態においては、セパレ
ータの同一端面側に端子または端子群を配設したが、必
要に応じて適宜別の端面側に配設してもよい。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載し
た発明によれば、燃料電池の厚みを薄くしても、別個の
コネクタを、対応する複数の電圧測定部に連結すること
ができるため、それぞれのコネクタに連結した電圧測定
部の電圧を一括して測定することができ、測定作業が簡
便となる。
【００３０】請求項２に記載した発明によれば、燃料電
池の厚みを薄くしても、別個のコネクタを、対応する電
圧測定部群ごとに連結することができるため、連結した
端子の電圧を一括して測定することができ、測定作業が
より簡便となる。加えて、コネクタに連結される電圧測
定部の数を増やすことができるため、コスト的にもメリ
ットがある。また、電圧測定部が配置される領域を電圧
測定部群として密集させることができるため、それ以外
の部分に他の機器等を配置する自由度を高めることがで
きる。
【００３１】請求項３に記載した発明によれば、燃料電
池の厚みをさらに薄くしても、別個のコネクタを、対応
する複数の電圧測定部群に連結することができるため、
燃料電池の小型化に寄与することができる。
【００３２】請求項４に記載した発明によれば、積層方
向から見て偏らせて配設された片側の他方には、制御装
置（ＥＣＵ）などの他の装置を配置することが可能とな
り、利便性が増す。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の第１の実施の形態における燃
料電池積層体を示す平面図である。
【図２】 図２は本発明の第２の実施の形態における燃
料電池積層体を示す平面図である。
【図３】 図３は本発明の第３の実施の形態における燃
料電池積層体を示す平面図である。
【図４】 図４は本発明の第４の実施の形態における燃
料電池積層体を示す平面図である。
【図５】 図５は本発明の第５の実施の形態における燃
料電池積層体を示す平面図である。
【図６】 図６は端子とコネクタの連結状態を示す説明
図である。
【図７】 図７は本発明の第１の実施の形態における燃
料電池積層体を示す断面図である。
【図８】 図８は本発明の第１の実施の形態におけるセ
パレータを示す平面図である。
【図９】 図８は本発明の第１の実施の形態におけるセ
パレータを示す平面図である。
【図１０】 従来の燃料電池積層体を示す斜視図であ
る。
【図１１】 従来の燃料電池積層体の問題点を示す説明
図である。
【符号の説明】
２０、７０ 燃料電池積層体 ２１ 燃料電池 ２２ 膜電極構造体 ２４ 固体高分子電解質膜 ２６、２８ ガス拡散層 ３０、３２ セパレータ ３４ シール部材 ３６、３８ ガス通路 ４０ 冷却媒体通路 ４４ａ、４４ｂ 燃料ガス連通孔 ４６ａ、４６ｂ 酸化剤ガス連通孔 ４８ａ、４８ｂ 冷却媒体連通孔 ５０、５２ 端子 ５４、５６ 端子ユニット ６０ コネクタ ６４ コネクタユニット ７２、７４ 端子群
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有吉 敏明 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 藤井 洋介 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 和知 大介 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA02 CC03 CC08 CV08 5H027 AA06 KK54

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電極体とこれを挟持するセパレータとを
    有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給されることにより
    電気を発生する燃料電池を積層してなる燃料電池積層体
    であって、 外部の電圧測定装置に接続されたコネクタに連結するこ
    とで電圧測定可能な電圧測定部が前記セパレータに設け
    られ、 積層方向に隣合う電圧測定部であって、別個のコネクタ
    に接続される電圧測定部が、積層方向から見て相互に位
    置をずらして設けられていることを特徴とする燃料電池
    積層体。
  2. 【請求項２】 前記燃料電池の積層方向に隣合う電圧測
    定部の複数をまとめた電圧測定部群が形成され、 積層方向に隣合う電圧測定部群であって、別個のコネク
    タに接続される電圧測定部群が、積層方向から見て相互
    に位置をずらして設けられていることを特徴とする請求
    項１に記載の燃料電池積層体。
  3. 【請求項３】 前記電圧測定部群の積層方向に隣合う電
    圧測定部が、積層方向から見て相互に位置をずらして設
    けられていることを特徴とする請求項１または請求項２
    に記載の燃料電池積層体。
  4. 【請求項４】 前記積層方向に隣合う電圧測定部のうち
    少なくとも一部が積層方向から見て一方に偏らせて配設
    されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれ
    かに記載の燃料電池積層体。
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