JP2007087778A - 燃料電池システム用の負荷モジュール及びその負荷モジュールを備えた燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】多数の燃料電池セルを積層して構成される燃料電池システムにおいて残留ガスを消費させるための負荷を容易に接続する。
【解決手段】ハウジング３２内に収容され、燃料電池積層体への燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の供給を停止した後、燃料電池積層体に含まれる燃料電池セルの少なくとも一部に接続されて電力を消費する抵抗素子５０を備えることを特徴とする負荷モジュールによって上記課題を解決することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池システムに用いられる負荷モジュール及びその負荷モジュールを備えた燃料電池システムに関する。

触媒層と電解質層との積層体を用いて水素等を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を出力する燃料電池システムが用いられている。このような燃料電池システムでは、システムを停止する際に燃料電池セル内の燃料ガスや酸化剤ガスを十分にパージしなければ、燃料電池セル内に残留する燃料ガス及び酸化剤ガスによって反応が継続し、燃料極と酸化剤極との間に電位差が生ずる。この電位差は、触媒層の劣化やセパレータの腐食等を引き起こす原因となる。

そこで、特許文献１には、燃料電池システムを停止する際に、燃料電池システムの各セル又はセルグループ毎にダミーの負荷を接続し、反応ガスの供給を停止した状態で発電を継続させて負荷によって電力を消費させる技術が開示されている。これによって、燃料電池セル内に残留した反応ガスを消費し、電極の劣化等を防止することができる。

特開２００４−１８６１３７号公報

上記従来技術では、多数の燃料電池セルを積層して構成される燃料電池システムにおいて燃料電池セルの各々にダミーの抵抗負荷を接続する概念のみが開示されている。しかしながら、一般的な燃料電池セルは非常に薄く、各燃料電池セルのセパレータに電気抵抗等の負荷をそれぞれはんだ付けなどによって電気的に接続するには手間が掛かり、製造コストが増大する問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、極めて容易に燃料電池システムに接続可能な負荷モジュール及びその負荷モジュールを備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池セルを複数備えた燃料電池積層体、に接続される負荷モジュールであって、ハウジング内に収容され、前記燃料電池積層体への燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の供給を停止した後、前記燃料電池積層体に含まれる燃料電池セルの少なくとも一部に接続されて電力を消費する負荷を備えることを特徴とする。

本発明の負荷モジュールは燃料電池システムに適用することができる。すなわち、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池セルを複数備えた燃料電池積層体と、前記燃料電池積層体に接続される負荷モジュールと、を備える燃料電池システムであって、前記負荷モジュールは、前記燃料電池積層体への燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の供給を停止した後、前記燃料電池積層体に含まれる燃料電池セルの少なくとも一部に接続されて電力を消費する負荷と、前記負荷を収納するハウジングと、を備えることを特徴とする。

前記燃料電池積層体に前記負荷を電気的に接続することによって、反応ガスの供給を停止した後、前記燃料電池積層体に含まれる燃料電池セルの端子電圧を触媒層の酸化電圧以下に維持させつつ、残留する反応ガスを消費させることができる。これによって、触媒層の劣化を防ぐことができる。

ここで、前記ハウジングは、固体の絶縁体からなることが好適である。すなわち、燃料電池セルの積層体は導電性の高い金属の筐体に収納されることが多いので、燃料電池積層体に装着される負荷は燃料電池積層体の筐体に電気的に導通しないように絶縁体から構成することが好ましい。このとき、液体や気体の絶縁体は扱い難いので、固体の絶縁体を用いることが好ましい。

前記負荷を前記燃料電池積層体に含まれる燃料電池セルに常時接続する場合には、前記負荷の抵抗値は、反応ガスの供給停止後において前記負荷を流れる電流によって決定される燃料電池セルの端子電圧が触媒層の酸化電圧を超えず、かつ、通常の発電時において前記負荷による電力損失が問題とならないように設定することが好ましい。例えば、車両に搭載される燃料電池システムでは、燃料電池積層体から出力される総電流値が１００Ａ程度のとき、前記負荷に流れる電流が総電流の１／１００以下１／１０００以上（１Ａ以下０．１Ａ以上）となるように抵抗値を設定することが好ましい。例えば、各燃料電池セルの端子電圧が１Ｖ程度であれば前記負荷の抵抗値を１Ω以上１０Ω以下程度に設定する。このように前記負荷の抵抗値を設定することによって、前記負荷を燃料電池積層体に接続したままの状態で発電を続けた場合においてもシステム全体に与える影響を少なくすることができる。

一方、前記ハウジングに、前記負荷と前記燃料電池積層体に含まれる燃料電池セルとを接続及び遮断するスイッチをさらに収容する構成としてもよい。この場合、前記負荷の抵抗値は、反応ガスの供給停止後において前記負荷を流れる電流によって決定される燃料電池セルの端子電圧が触媒層の酸化電圧を超えないように設定することが好ましい。このようにスイッチを設けることによって、通常の発電時には前記負荷を燃料電池セルに接続させずに発電を行うことによってシステムへの前記負荷の影響をなくし、反応ガスの供給停止後においては前記負荷を燃料電池セルに接続して燃料極と空気極との間の電位差を触媒層の酸化電位よりも低く保ちつつ、残留ガスの消費が終了するまで発電を継続させることができる。また、前記負荷の端子間電圧をモニタリングし、測定された端子間電圧に応じてスイッチを用いて前記負荷と前記燃料電池積層体との接続を制御してもよい。

具体的な構成としては、前記負荷はそれぞれ対応する一対の端子に接続され、前記負荷モジュールを前記燃料電池積層体に接続するに際し、前記端子の一方である第１の端子を前記燃料電池積層体に含まれる燃料電池セルのセパレータに電気的にコンタクトさせ、前記端子のうち他方である第２の端子を前記燃料電池積層体に含まれる前記第１の端子に接続された燃料電池セルとは異なる燃料電池セルのセパレータにコンタクトさせる構造を有することが好適である。

より具体的には、前記コネクタの端子はそれぞれ燃料電池セルのセパレータ又は燃料電池セルのセパレータから引き出された電極を狭持する構造を有することが好適である。例えば、前記コネクタの端子をそれぞれクリップ状に形成し、前記コネクタの端子の塑性力によって燃料電池セルのセパレータ又は燃料電池セルのセパレータから引き出された電極を挟み込んで装着させる構造とすることができる。

これによって、多数の燃料電池セルが積層された燃料電池積層体においても燃料電池セル毎又はグループ化された燃料電池セル群毎に前記負荷をはんだ付けなどする必要がなくなり、負荷モジュールとして前記燃料電池積層体に簡易に装着することができる。従って、各燃料電池セルに負荷をそれぞれ電気的に接続する手間を軽減し、製造コストを抑制することができる。

複数の燃料電池セルが直列に積層された燃料電池積層体では、燃料電池積層体全体に対して１つの負荷を接続して燃料電池積層体全体としての端子電圧が０Ｖとなるまで残留ガスを消費させたとしても、燃料電池積層体の内部の各燃料電池セルの端子電圧間には分布が生じていることがあり十分に残留ガスを消費できていない場合がある。そこで、燃料電池積層体に含まれる燃料電池セル毎、又は、所定数毎に複数に分けられた燃料電池セルのグループ毎に前記負荷を接続して残留ガスを消費させることが好ましい。

したがって、前記ハウジング内に複数の負荷をパッケージ化し、各負荷を燃料電池積層体に含まれる燃料電池セル毎、又は、複数に分けられた燃料電池セルのグループ毎に接続することが好ましい。これによって、各燃料電池セル、又は、各燃料電池セルのグループの端子電圧が０Ｖになるまで十分に残留ガスを消費させることができる。

本発明によれば、多数の燃料電池セルを積層して構成される燃料電池システムにおいて残留ガスを消費させるための負荷を容易に接続することができる。

本実施の形態における燃料電池システム１００は、図１に示すように、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池積層体１０２、燃料電池積層体１０２に接続される負荷を含む負荷モジュール１０４及び制御回路１０６を含んで構成される。燃料電池システム１００は、例えば、燃料電池を電源として走行する電気自動車やハイブリッド自動車に適用される。

燃料電池積層体１０２は、図２及び図３に示すように、固体高分子のイオン交換膜からなる電解質膜１１、電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２及び拡散層１３からなる燃料極１４（アノード、−極）、電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５及び拡散層１６からなる空気極１７（カソード、＋極）、及び、セパレータ１８とを含む燃料電池セルを積層して構成される。電解質膜１１、燃料極１４、空気極１７はアッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）を構成する。また、セパレータ１８には、燃料極１４，空気極１７に燃料ガス（例えば、水素を含有するガス）および酸化剤ガス（例えば、酸素を含有するガス：通常は空気）を供給するための流体通路２７（燃料流路２７ａ、空気流路２７ｂ）、及び、燃料電池冷却用の冷却水が流れる冷却水流路２６が形成される。

複数の燃料電池セルは積層されて燃料電池モジュール１９を構成する。燃料電池モジュール１９の燃料電池セルの積層方向の両端には、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２が設けられる。燃料電池積層体１０２は、エンドプレート２２の外側から燃料電池積層体１０２の積層方向に延びる締結板２４を用いて締結部材２５（例えば、ボルトとナット等）によって固定される。冷却水流路２６は、燃料電池セル毎に、または複数の燃料電池セルを纏めた燃料電池セルグループ毎に設けられる。例えば、２つの燃料電池セル毎に１つの冷却水流路２６が設けられる。

セパレータ１８は、燃料流路２７ａ、空気流路２７ｂ、及び、冷却水流路２６を互いに区画する。セパレータ１８は、導電性の部材からなり、隣り合う燃料電池セルの燃料極１４から空気極１７とを電気的に接続する役割を果たす。例えば、セパレータ１８は、カーボン板に冷却水流路２６や流体通路２７を形成したもの、又は、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や流体通路２７を形成したもの、又は、冷却水流路２６、流体通路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、の何れかとすることができる。

燃料電池積層体１０２に含まれる燃料電池セルは、燃料極１４と空気極１７とに挟まれた電解質膜１１を備える。通常の発電時には、セパレータ１８の燃料流路２７ａ及び空気流路２７ｂを介してそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスが各燃料電池セルに供給され、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって電気エネルギーが発生する。この電気エネルギーが燃料電池積層体１０２の両端のエンドプレートに設けられた電極から出力される。例えば、各燃料電池セルの燃料極１４と空気極１７との間にはセル電圧（例えば、約１Ｖ）が発生する。

負荷モジュール１０４は、図４の回路図に示すように、燃料電池積層体１０２に含まれる燃料電池セルの数と同数、又は、所定数毎に燃料電池セルを纏めた燃料電池セルグループの数と同数の抵抗素子５０及び抵抗素子５０に対応付けられたスイッチ５２を含んで構成される。各抵抗素子５０は、少なくとも燃料電池積層体１０２への反応ガスの供給が停止された後に燃料電池積層体１０２に含まれる燃料電池セル、又は、燃料電池セルグループの正極と負極との間に接続される。これによって、各燃料電池セルの端子電圧は、反応ガスの供給が停止された後に燃料電池積層体１０２に残留する反応ガスによる発電によって触媒層１２，１５の酸化電圧を超えないように維持される。負荷モジュール１０４の詳細な構成、制御方法及び作用・効果は後述する。

制御回路１０６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力インターフェースとを含んで構成される。制御回路１０６は、外部からの信号を受けて、燃料電池積層体１０２へ供給される燃料ガス及び酸化剤ガスの流量を燃料流路２７ａ及び空気流路２７ｂに設けられた制御用バルブ（図示しない）によって制御する。例えば、車両に搭載された燃料電池システムでは、制御回路１０６はセルモータの起動信号を受けると燃料電池積層体１０２へ燃料ガス及び酸化剤ガスを供給し発電を開始させ、走行を停止させる停止信号を受けると、燃料電池積層体１０２への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を停止させて発電を終了させる。

次に、本発明の実施の形態における負荷モジュール１０４の構成及び燃料電池積層体１０２への接続方法について図５〜図７を参照して説明する。

負荷モジュール１０４は、抵抗素子５０及びスイッチ５２を収納するハウジング３２を備える。ハウジング３２は絶縁体、より好ましくは取り扱いやすい固体の絶縁体で形成される。例えば、負荷モジュール１０４は、チップ抵抗等の抵抗素子５０及びソリッドステートリレー等のスイッチ５２を絶縁樹脂のハウジング３２によって覆った構造とすることができる。

ハウジング３２には抵抗素子５０の数に応じた端子３１を有するコネクタ部が形成される。端子３１は、燃料電池積層体１０２に含まれる燃料電池セルの両極を負荷で接続するために設けられる。端子３１は導電性の金属材料（たとえば、銅に金属メッキを施したもの）で構成される。端子３１は、燃料電池セルのセパレータ１８、又は、セパレータ１８から突出するように設けられた電極３３に対して着脱可能に取り付けられる構造を有する。ハウジング３２内に収納された抵抗素子５０は、図４の回路図のように、それぞれスイッチ５２を介して対応する一対の端子３１に電気的に接続される。ハウジング３２に格納された各スイッチ５２には制御回路１０６からの制御信号が入力され、スイッチ５２の開閉が制御信号によって制御される。

端子３１は、セパレータ１８又はセパレータ１８から突出するように設けられた電極３３を狭持するクリップ状の形状を有する。クリップ状の端子３１の２つの脚は、図６に示すように、ハウジング３２の本体３２ａに設けられたスリットを挿通してセパレータ１８等に装着されるコネクタ部の開口側に延びるようにハウジング３２に取り付けられる。このように端子３１をクリップ状に形成することによって、その塑性力を利用してセパレータ１８又はセパレータ１８に設けられた電極３３の端部を挟み込んで抵抗素子５０を各燃料電池セルのセパレータ１８に電気的に接続することができる。本実施の形態では、セパレータ１８に電極３３を設けているので、端子３１は電極３３を狭持するように取り付けられる。

ハウジング３２は、本体３２ａ、蓋３２ｂ、ヒンジ部３２ｃ及び仕切部３２ｄによって構成される。本体３２ａは、各抵抗素子５０に接続された端子３１を収納する。蓋３２ｂは、ヒンジ部３２ｃによって本体３２ａに対して開閉可能に連結される。仕切部３２ｄは、本体３２ａを端子３１の数に応じた空間に区切ると共に、隣り合って配置された端子３１間を電気的に絶縁する。図７は、蓋３２ｂを開けたときの負荷モジュール１０４の平面図を示している。仕切部３２ｄによって仕切られた本体３２ａ内の各空間に端子３１が配置される。蓋３２ｂを閉じることによって、本体３２ａから端子３１の脱落を防止している。

本実施の形態では、負荷モジュール１０４を複数の燃料電池セルを積層した燃料電池積層体１０２に接続するに際し、互いに隣り合う端子３１のうち一方をいずれかの燃料電池セルのセパレータ１８にコンタクトさせ、他方をその燃料電池セルに隣接する燃料電池セルのセパレータ１８にコンタクトさせる。このとき、一方の端子がコンタクトするセパレータと同極のセパレータ１８に他方の端子をコンタクトさせる。

例えば、本実施の形態では、図５に示すように、隣り合う端子３１の一方が燃料電池セルの正極のセパレータ１８を挟み込むようにしてそのセパレータ１８にコンタクトされ、他方は隣接する燃料電池セル正極のセパレータ１８を挟み込むようにそのセパレータ１８にコンタクトされている。したがって、隣り合う端子３１の間隔は、燃料電池積層体１０２の同じ極性のセパレータ１８のピッチに合わせて設定することが好適である。

図５では、一対の端子３１が互いに隣接する燃料電池セルの正極のセパレータ１８にコンタクトされる場合を示しているがこれに限定されるものではない。１つの抵抗素子５０に接続される端子３１がコンタクトされるセパレータ１８の極性は正極であっても負極であってもよい。

このように、隣り合う端子３１を隣り合う燃料電池セルの同極側のセパレータ１８にコンタクトさせるので、端子３１のピッチを互いに隣接する燃料電池セルの同極のセパレータ１８のピッチに合わせて拡げることができる。したがって、空間的に余裕をもって端子３１を配設することができる。

また、端子３１がコンタクトされない側の極性のセパレータ１８には、端子３１がコンタクトされる側の極性のセパレータ１８における接続部位に対応する部位に切り欠き３４が形成されている。これによって、端子３１のセパレータ１８への装着時に、端子３１がコンタクトされない側の極性のセパレータ１８に干渉しない構成とすることができる。

なお、端子３１がコンタクトされる側の極性のセパレータ１８に、端子３１にコンタクトされる側の極性のセパレータ１８から突出する電極３３を形成する、又は、端子３１がコンタクトされない側の極性のセパレータ１８に切り欠き３４を形成すると共に、端子３１がコンタクトされる側の極性のセパレータ１８に電極３３を形成してもよい。これらの構造によっても、端子３１のセパレータ１８への装着時に、コンタクトされない側の極性をもつセパレータ１８に端子３１が干渉しないようにすることができる。

また、このような構成では、燃料電池積層体１０２の最端部に配置されている燃料電池セルの正極と負極とを抵抗素子５０で接続することができない。それを解決するために、図５に示すように、端子３１が接続されるセパレータ１８と同形状の導電性のカバープレート３６を燃料電池積層体１０２の最端部の燃料電池セルに接触するように配設し、端子３１をカバープレート３６にコンタクトさせる。これによって、最端部の燃料電池セルのセパレータ１８とカバープレート３６とを抵抗素子５０で接続することができる。

なお、カバープレート３６は、カーボン製のプレートとすることが好適である。カバープレート３６のセル積層方向外側には、金属製のターミナル２０を配置する。ターミナル２０は外部回路に接続される。ターミナル２０の外側にはインシュレータ２１が配置され、その外側にエンドプレート２２が配置される。

つぎに、本実施の形態における負荷モジュール１０４の作用について説明する。制御回路１０６は、燃料電池システムの起動信号を外部から受信すると、負荷モジュール１０４に内蔵されているスイッチ５２に対してオフ信号を出力する。これによって、スイッチ５２がオフとなり、燃料電池積層体１０２と負荷モジュール１０４とが電気的に接続されていない状態となる。その後、制御回路１０６は、燃料流路２７ａ及び空気流路２７ｂに設けられた制御用バルブ（図示しない）に制御信号を送信することによって燃料電池積層体１０２への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を開始する。これによって、燃料電池システムの発電が開始される。

このとき、燃料電池積層体１０２と負荷モジュール１０４とは電気的に接続されていないので、負荷モジュール１０４の燃料電池システムにおける発電への影響を無くすことができる。

次に、制御回路１０６は、燃料電システムの停止信号を外部から受信すると、燃料流路２７ａ及び空気流路２７ｂに設けられた制御用バルブ（図示しない）に制御信号を送信することによって燃料電池積層体１０２への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を停止する。その後、制御回路１０６は、負荷モジュール１０４に内蔵されているスイッチ５２に対してオン信号を出力する。これによって、スイッチ５２がオンとなり、燃料電池積層体１０２と負荷モジュール１０４内の抵抗素子５０とが電気的に接続された状態となる。

燃料電池システムを停止する際に燃料ガスや酸化剤ガスが残留し、その残留ガスが消費されるまで発電が持続される。このとき、燃料電池積層体１０２と負荷モジュール１０４とが電気的に接続されているので、燃料電池セル内に残留する燃料ガスと酸化剤ガスとの反応による燃料極と空気極との間の電位差を触媒層１２，１５の酸化電位よりも低く保つことができる。したがって、触媒層１２，１５の劣化やセパレータ１８の腐食等を防ぐことができる。

なお、燃料電池積層体１０２への負荷モジュール１０４の装着をより強固なものとするために、図８に示すように、燃料電池積層体１０２の筐体６０に狭持部材６２を設けることも好適である。燃料電池積層体１０２に含まれる燃料電池セルのセパレータ１８から延設された電極３３を筐体６０と狭持部材６２との間の空間に突出させ、電極３３に負荷モジュール１０４の端子３１を嵌合させる。このとき、筐体６０と狭持部材６２との間隔を負荷モジュール１０４のハウジング３２の幅よりも僅かに小さくしておくことによって狭持部材６２の弾性力によって負荷モジュール１０４のハウジング３２を挟み込むようにして保持させる。これによって、負荷モジュール１０４は、電極３３を端子３１で挟み込む力とハウジング３２を狭持部材６２と筐体６０とで挟み込む力の両方で保持されることとなり、燃料電池積層体１０２へより強固に装着される。

また、燃料電池積層体１０２に含まれる燃料電池セルの端子間電圧をモニタリングし、測定された端子間電圧に応じてスイッチ５２を制御することも好適である。

図９に示すように、負荷モジュール１０４に並列にセルモニタ１０８を接続した構成とする。セルモニタ１０８は、負荷モジュール１０４に含まれる抵抗素子５０と並列に接続される電圧セン５４を備え、燃料電池積層体１０２に含まれる燃料電池セル毎（又は、所定の数の燃料電池セルを纏めた燃料電池セルグループ毎）の出力電圧を検出して制御回路１０６へ送信する。

反応ガスの供給を停止した後、制御回路１０６は、セルモニタ１０８で検出された出力電圧に応じて負荷モジュール１０４に含まれるスイッチ５２の開閉を制御する。例えば、燃料電池セル毎に出力電圧を検出し、出力電圧が所定の閾値（例えば、触媒層１２，１５の酸化電位）より小さくなった燃料電池セルに接続されている抵抗素子５０を切り離すようにスイッチ５２をオフにする信号を出力させる。これによって、燃料電池積層体１０２内における反応ガスの分布のばらつきによって生ずる燃料電池セル毎の出力電圧のばらつきに応じて、高い電圧を出力している燃料電池セルについては抵抗素子５０を接続し続け、出力電圧が低くなった燃料電池セルについては抵抗素子５０を切り離すといった制御を行うことができる。

また、図１０に示すように、負荷モジュール１０４にスイッチ５２を含まない構成とすることもできる。この場合、負荷モジュール１０４に含まれる抵抗素子５０は燃料電池積層体１０２に含まれる燃料電池セルに常時接続されることになる。したがって、抵抗素子５０の抵抗値は、反応ガスの供給停止後において抵抗素子５０を流れる電流によって決定される燃料電池セルの端子電圧が触媒層１２，１５の酸化電圧を超えず、かつ、通常の発電時において抵抗素子５０による電力損失が問題とならない程度に設定することが好ましい。具体的には、抵抗素子５０に流れる電流が燃料電池システムの総電流の１／１００以下１／１０００以上となるように抵抗素子５０の抵抗値を設定することが好ましい。

例えば、車両に搭載される燃料電池システムでは、燃料電池積層体１０２から出力される総電流値は１００Ａ程度となる。したがって、抵抗素子５０に流れる電流が１Ａ以下０．１Ａ以上となるように抵抗値を設定することが好ましい。例えば、各燃料電池セルの端子電圧が約１Ｖであれば抵抗素子５０の抵抗値を１Ω以上１０Ω以下に設定する。このように抵抗値を設定することによって、抵抗素子５０を燃料電池積層体１０２に接続したままの状態で発電を行ってもシステム全体に与える影響を少なくすることができる。

なお、本実施の形態では燃料電池セル毎に抵抗素子５０を設ける構成について説明したが、複数の燃料電池セルを纏めた燃料電池セルグループ毎に抵抗素子５０を設ける構成としてもよい。

例えば、図１１に示すように、隣り合う２つの燃料電池セルを一組として、燃料電池セルの組毎に１つの抵抗素子５０を接続する構成とすることができる。この場合、組にした燃料電池セルグループのピッチに合わせて隣り合う端子３１のピッチを設定することが好適である。また、１つの抵抗素子５０の抵抗値は、反応ガスの供給停止後において抵抗素子５０を流れる電流によって決定される燃料電池セルグループの端子電圧が触媒層１２，１５の酸化電圧と燃料電池セルグループに含まれる燃料電池セルの数との積を超えないように設定することが好適である。

また、セルモニタ１０８を設けた場合、抵抗素子５０の端子電圧が触媒層１２，１５の酸化電位と燃料電池セルグループに含まれる燃料電池セルの数との積より小さくなった場合に抵抗素子５０を燃料電池セルグループから切り離す制御を行うことも好適である。

本発明の実施の形態における燃料電池システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態における燃料電池積層体の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態における燃料電池積層体の内部構成を示す一部拡大図である。 本発明の実施の形態における負荷モジュールの構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態における負荷モジュールの構成及び負荷モジュールと燃料電池積層体との接続状態を示す正面図である。 本発明の実施の形態における負荷モジュールの構成及び負荷モジュールと燃料電池積層体との接続状態を示す側面図である。 本発明の実施の形態における負荷モジュールの内部構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態における燃料電池積層体への負荷モジュールの装着方法を説明する図である。 本発明の実施の形態における負荷モジュールの別例の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態における負荷モジュールの別例の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態における負荷モジュールの別例の構成を示す回路図である。

符号の説明

１１ 電解質膜、１２ 触媒層、１３ 拡散層、１４ 燃料極、１５ 触媒層、１６ 拡散層、１７ 空気極、１８ セパレータ、２０ ターミナル、２１ インシュレータ、２２ エンドプレート、２５ 締結部材、２６ 冷却水流路、２７ 流体通路（２７ａ 燃料流路，２７ｂ 空気流路）、３１ 端子、３２ ハウジング（３２ａ 本体，３２ｂ 蓋，３２ｃ ヒンジ部，３２ｄ 仕切部）、３５ 突出部、３６ カバープレート、５０ 抵抗素子、５２ スイッチ、５４ 電圧センサ、６０ 筐体、６２ 狭持部材、１００ 燃料電池システム、１０２ 燃料電池積層体、１０４ 負荷モジュール、１０６ 制御回路、１０８ セルモニタ。

Claims (7)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池セルを複数備えた燃料電池積層体、に接続される負荷モジュールであって、
   ハウジング内に収容され、
   前記燃料電池積層体への燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の供給を停止した後、前記燃料電池積層体に含まれる燃料電池セルの少なくとも一部に接続されて電力を消費する負荷を備えることを特徴とする負荷モジュール。
2. 請求項１に記載の負荷モジュールであって、
   前記ハウジングは、固体の絶縁体からなることを特徴とする負荷モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の負荷モジュールであって、
   前記ハウジングは、前記負荷と前記燃料電池積層体に含まれる燃料電池セルとを接続及び遮断するスイッチをさらに収容することを特徴とする負荷モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の負荷モジュールであって、
   前記負荷は対応する一対の端子に接続され、
   前記端子はそれぞれ燃料電池セルのセパレータ又は燃料電池セルのセパレータから引き出された電極を狭持する構造を有することを特徴とする負荷モジュール。
5. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の負荷モジュールであって、
   前記負荷は対応する一対の端子に接続され、
   前記負荷モジュールを前記燃料電池積層体に接続するに際し、前記端子の一方である第１の端子を前記燃料電池積層体に含まれる燃料電池セルのセパレータに電気的にコンタクトさせ、前記端子のうち他方である第２の端子を前記燃料電池積層体に含まれる前記第１の端子に接続された燃料電池セルとは異なる燃料電池セルのセパレータにコンタクトさせる構造を有することを特徴とする負荷モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の負荷モジュールであって、
   前記ハウジング内に複数の負荷がパッケージ化されていることを特徴とする負荷モジュール。
7. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電を行う燃料電池セルを複数備えた燃料電池積層体と、前記燃料電池積層体に接続される負荷モジュールと、を備える燃料電池システムであって、
   前記負荷モジュールは、
   前記燃料電池積層体への燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の供給を停止した後、前記燃料電池積層体に含まれる燃料電池セルの少なくとも一部に接続されて電力を消費する負荷と、
   前記負荷を収納するハウジングと、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。

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