JP2006172850A - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池スタック、特に燃料電池スタックの小型化に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly to downsizing of a fuel cell stack.
燃料電池システムは、燃料が有する化学エネルギを直接電気エネルギに変換する装置であり、固体高分子膜からなる電解質層の両面に設けられた一対の電極のうち陽極に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の陰極に酸素を含有する酸化剤ガスを供給し、これら一対の電極の高分子膜側の表面で生じる下記の電気化学反応を利用して電極から電気エネルギを取り出すものである(たとえば特許文献1参照)。 A fuel cell system is a device that directly converts chemical energy contained in fuel into electrical energy, and supplies a fuel gas containing hydrogen to the anode of a pair of electrodes provided on both surfaces of an electrolyte layer made of a solid polymer membrane. At the same time, an oxidant gas containing oxygen is supplied to the other cathode, and electric energy is taken out from the electrode by utilizing the following electrochemical reaction that occurs on the surface of the pair of electrodes on the polymer film side ( For example, see Patent Document 1).
陽極反応: H2 → 2H+ + 2e- (1)
陰極反応: 2H+ + 2e- + (1/2)O2 → H2O (2)
ここで、陽極に供給する燃料ガスは、水素貯蔵装置から直接供給する方法、水素を含有する燃料を改質して改質した水素含有ガスを供給する方法が知られている。水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等がある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。陰極に供給する酸化剤ガスとしては、一般的に空気が利用されている。
Anodic reaction: H 2 → 2H + + 2e − (1)
Cathodic reaction: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
Here, as a fuel gas supplied to the anode, a method of directly supplying from a hydrogen storage device or a method of supplying a reformed hydrogen-containing gas by reforming a fuel containing hydrogen is known. Examples of the hydrogen storage device include a high-pressure gas tank, a liquefied hydrogen tank, and a hydrogen storage alloy tank. As the fuel containing hydrogen, natural gas, methanol, gasoline or the like can be considered. Air is generally used as the oxidant gas supplied to the cathode.
この燃料電池からの電力を用いて駆動源としてのモータにより走行する車両が研究開発されている。このような車両に搭載される燃料電池システムにおいては、燃料電池システムの軽量化および小型化が要求される。 A vehicle that travels by a motor as a drive source using electric power from the fuel cell has been researched and developed. In such a fuel cell system mounted on a vehicle, it is required to reduce the weight and size of the fuel cell system.
また、セルの発電量を制御する燃料ガスと酸化剤ガスの流量制御を行うため、さらにはセルの異常電圧を検出した場合にモータを保護するために、燃料電池を構成する各セル毎の出力電圧が検出される。 In addition, in order to control the flow rate of the fuel gas and oxidant gas that controls the power generation amount of the cell, and to protect the motor when an abnormal voltage of the cell is detected, the output of each cell constituting the fuel cell A voltage is detected.
各セルの出力電圧を検出する手段として、セルに設けられた電圧接点を押さえる電圧接点押さえを別部品として設け、この電圧接点押さえとセルの電圧接点を接続して出力電圧を検出する技術がある(特許文献2参照)。
しかし、セルの電圧接点と接続する電圧接点押さえを新たに燃料電池の構成部品に追加するため、燃料電池の大型化を招くことになるという課題がある。 However, since a voltage contact retainer connected to the voltage contact of the cell is newly added to the constituent parts of the fuel cell, there is a problem that the size of the fuel cell is increased.
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、セルの出力電圧検出のための大型化を抑制する燃料電池スタックを提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell stack that suppresses an increase in size for detecting an output voltage of a cell.
本発明は、積層した単セルを積層方向に締め付ける一対のエンドプレートを設置した燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池スタックを覆う絶縁材からなるカバーと、所定の前記単セルに単セルの発電特性を検出するためのセル側接触端子とを設け、前記カバー内面に配線を施し、前記セル側接触端子と前記カバー内面に施された配線とが接続するように構成し、前記配線を用いて単セルの発電特性を検出する。 The present invention provides a fuel cell stack provided with a pair of end plates for fastening stacked single cells in the stacking direction, a cover made of an insulating material covering the fuel cell stack, and the power generation characteristics of the single cell in the predetermined single cell. A cell-side contact terminal for detection; wiring is provided on the inner surface of the cover; and the cell-side contact terminal and the wiring provided on the inner surface of the cover are connected to each other. Detect the power generation characteristics.
本発明では、単セルの接触端子に接続する配線をカバー内面に施したことにより、従来技術のように接点に接続する別部品を設ける必要がなく、燃料電池スタックの小型化、軽量化を図ることができる。 In the present invention, since the wiring connected to the contact terminal of the single cell is provided on the inner surface of the cover, it is not necessary to provide a separate part for connecting to the contact as in the prior art, and the fuel cell stack is reduced in size and weight. be able to.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、複数のセル14を積層して構成される燃料電池スタックの構成を示す断面図であり、積層された複数のセル14を両側から挟み込むように一対のエンドプレート11a、11bが設置される。エンドプレート11a、11bは図示しない締結部材により、積層したセル14を所定の面圧で保持する。ここでセル14は、いわゆる単セルであって、単セルは図示しない高分子電解質膜と、この膜を挟持する陽極と陰極とからなる膜・電極結合体と、この膜・電極結合体を挟持するセパレータとから構成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell stack configured by stacking a plurality of
図に示すようにエンドプレート11a、11bとセル14との間には、絶縁板12、集電板13が配置されている。さらに、積層した単セル14の全体またはその一部を覆うように、両端のエンドプレート11a、11b間に掛け渡され、固定される薄板状の絶縁材からなるカバー15が設けられている。
As shown in the drawing, an
図2に示すように、カバー15には燃料電池スタックの各単セルの出力電圧を検出するためのプリント配線16aが形成される。ここで、プリント配線とは、回路設計に基づいて部品間を接続するために導体パターンを絶縁基板(絶縁部材)の表面または表面とその内部にプリントによって形成された配線をいう。プリント配線16aの端部は、配線側接触端子17aと絶縁被覆された電線16bを介して接続する。配線側接触端子17aは、セル14に設けられたセル側接触端子18に接続する。なお、図3に示すように、カバー15に形成されたプリント配線16aを絶縁被覆するために、絶縁コーティング19がプリント配線16a上に施される。
As shown in FIG. 2, the
積層したセル14には所定数のセル毎にセル側接触端子18が設置され、配線側接触端子17aと接続して、セル14の出力電圧をプリント配線16aを通じて外部で検出し、燃料電池スタックへの燃料ガス等の供給量の制御やセルの異常の検出に用いる。
Cell-
このように燃料電池スタックのセル14の出力電圧を検出するためにプリント配線をスタックを覆うカバー15に設けたため、配線および配線の固定用部材を別部材として設ける必要がなく、燃料電池の小型化および軽量化を図ることができる。
Thus, since the printed wiring is provided on the
また、プリント配線を用いることにより、単体の配線をその固定部材に取り付ける作業が省略されるので、作業性を向上することができる。また、プリント配線を用いることにより、誤配線の可能性を排除することができ、適切なセルの出力電圧を検出して、燃料電池の信頼性を向上することができる。 Further, by using the printed wiring, the work of attaching the single wiring to the fixing member is omitted, so that the workability can be improved. Further, by using the printed wiring, it is possible to eliminate the possibility of erroneous wiring, and it is possible to improve the reliability of the fuel cell by detecting an appropriate cell output voltage.
なお、プリント配線16aと電線16bとの接続は、コネクタやはんだ付けによって接続され、または電線16bをプリント配線16aの延長とすることも可能である。また、プリント配線に代えて、電線16bを延長してカバー15に取り付けることも可能である。
The printed
図3は、配線側接触端子の構成の一例を示す図である。この実施例では、配線側接触端子17bはカバー15内側に固定されて構成され、固定された状態でセル側接触端子18に接続するように形状が設定される。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the wiring-side contact terminal. In this embodiment, the wiring
この実施例では、配線側接触端子17bをカバー15に固定するため、プリント配線16aに直接接続することができ、電線16bを省略することで、部品点数の削減、軽量化、コストの削減を図ることが可能となり、さらには燃料電池スタックの組み立て時の出力密度を向上することができる。
In this embodiment, since the wiring
図4は、配線側接触端子の構成の他の一例を示す図である。図4に示す配線側接触端子17cは、図3の配線側接触端子と同様にカバー15に固定されている。配線側接触端子17cは、セル側接触端子18と積層方向に摺接しているが、この配線側接触端子17cの接触面積がセル側接触端子18の接触面積に対して、所定寸法だけ大きく設けられる。このように一方の接触端子の接触面積を大きくすることにより、接触端子間の接触を容易にしている。したがって、一方の接触端子の接触面積に寸法余裕を持たせることにより、構成部品寸法の誤差や組み立て誤差を吸収することが可能となり、組み立て作業性の効率化を図るとともに、接触端子の接触の信頼性を向上させることができる。
FIG. 4 is a diagram illustrating another example of the configuration of the wiring-side contact terminal. The wiring
図5は、接触端子部の配置の一例を示すものである。配線側接触端子17cと接触するセル側接触端子18は、セルの外周面の所定の面に設けられるが、積層方向に対して直線状に形成される必要はなく、図に示すように所定の外周面において積層方向に対して直交方向に互いにオフセットして形成してもよい。このように接触端子をオフセットして配置することにより、セルの積層による組み立て誤差を考慮した接触端子の配置とすることができるとともに、隣接したセルそれぞれセルに接触端子を設置することができ、それぞれのセルでの出力電圧を検出することができる。
FIG. 5 shows an example of the arrangement of the contact terminal portions. The cell-
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea, and it is obvious that these are equivalent to the present invention.
11a エンドプレート
11b エンドプレート
12 絶縁板
13 集電板
14 単セル
15 カバー
16a プリント配線
16b 電線
17a 配線側接触端子
17b 配線側接触端子
18 セル側接触端子
19 絶縁コーティング
Claims (9)
積層した前記単セルを積層方向に締め付ける一対のエンドプレートとからなる燃料電池スタックにおいて、
前記積層した単セルを覆う絶縁材からなるカバーと、
所定の前記単セルに発電特性を検出するためのセル側接触端子とを設け、
前記カバー内面に配線を施し、前記セル側接触端子と前記カバー内面に施された配線とが接続するように構成し、
前記配線を用いて単セルの発電特性を検出することを特徴とする燃料電池スタック。 A single cell comprising a polymer electrolyte membrane, a membrane / electrode assembly comprising an anode and a cathode sandwiching the polymer electrolyte membrane, and a separator sandwiching the membrane / electrode assembly;
In a fuel cell stack comprising a pair of end plates that clamp the stacked single cells in the stacking direction,
A cover made of an insulating material covering the stacked single cells;
A cell-side contact terminal for detecting power generation characteristics in the predetermined single cell;
Wiring is applied to the inner surface of the cover, and the cell side contact terminal and the wiring applied to the inner surface of the cover are configured to be connected,
A fuel cell stack, wherein power generation characteristics of a single cell are detected using the wiring.
The fuel cell stack according to claim 1, wherein the end plate is fastened so that a predetermined surface pressure is generated in the single cell.
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