JP2008004565A - セル電圧測定端子付き燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】 薄いセパレータに好適な個別セル電圧を測定する端子を具備する燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】 燃料電池の各セルの電圧測定用の端子としてセパレータの端面にセパレータと一体か、半田付け、プロジェクション溶接等による接合によりピン状、Ｌ字状などの突起状の端子を設けることを特徴としたセル電圧測定端子付き燃料電池スタック。前記端子は陽極側のセパレータの第１の端面に＋端子を、陰極側のセパレータの第３の端面に−端子を配置するか、陽極側のセパレータの＋端子と陰極側のセパレータの−端子を同じ端面側に位置をずらして配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料電池スタックに関する。

燃料電池は、燃料ガス（主成分：水素）と酸素または空気を電気化学的に反応させて起電力を得る装置であり、各個別セルの起電力はせいぜい０．７Ｖ程度に過ぎないため、一般的に数十から数百セルを積層して一つの燃料電池スタックが構成され使用される。

燃料電池スタックを構成する各セルが正常な状態にあるかどうか知る手段として各セル電圧の測定が行われる。燃料電池の運転中に、一つのセルが破損した場合、そのセルの電圧が顕著に低下するため、個別セルの電圧を測定していれば異常が発生したことがわかり、直ちに電池の運転を停止することができる。異常の発生の検知が遅れると破損が広がる虞がある。

従来技術として、特開平９−２８３１６６号公報には、比較的厚いカーボン材のセパレータに丸穴を設け、バナナクリップを差し込む構造が開示されている。
特開平９−２８３１６６号公報

前記従来技術の方法では、セパレータがある程度厚い場合は可能であるが、燃料電池の小型化のためにセパレータを薄くした場合には対応することができない。本発明は、薄いセパレータに好適なセル電圧測定端子を有する燃料電池スタックを提供するものである。

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は、電極ユニット、セパレータから構成され、水素を主成分とする燃料ガスと酸素あるいは空気を前記電極ユニットの中で反応させて電気に変換する燃料電池スタックにおいて、前記セパレータに突起状の電圧測定用端子を設けたことを特徴とするセル電圧測定端子付き燃料電池スタックである。
本発明の請求項２において講じた技術的手段は、前記端子はセパレータの端面に対して垂直のピン状の突起であることを特徴とする請求項１記載のセル電圧測定端子付き燃料電池スタックである。

本発明の請求項３において講じた技術的手段は、前記端子はセパレータの端面に対してＬ字状の突起であることを特徴とする請求項１記載のセル電圧測定端子付き燃料電池スタックである。

本発明の請求項４において講じた技術的手段は、前記端子は陽極側のセパレータの第１の端面に＋端子を、陰極側のセパレータの第３の端面に−端子を配置することを特徴とする請求項１記載のセル電圧測定端子付き燃料電池スタックである。

本発明の請求項５において講じた技術的手段は、前記端子は陽極側のセパレータの＋端子と陰極側のセパレータの−端子を同じ端面側に位置をずらして配置することを特徴とする請求項１記載のセル電圧測定端子付き燃料電池スタックである。

請求項１の発明による効果は、セパレータの端面に穴を開ける必要がないためセパレータの厚さが薄くなっても電圧測定用の端子を取り付けることができることである。

請求項２の発明による効果は、端子に電圧を測定するリード線のソケットを簡単に接続することができることである。

請求項３の発明による効果は、端子に接続したソケットの突出量を押さえることができ、スタックの外形サイズを小さくできることである。

請求項４の発明による効果は、電池セルが薄くなって各セパレータが接近しても測定端子同士が接触し、ショートする可能性が低下することである。

請求項５の発明による効果は、測定端子同士が接触し、ショートする可能性を低下させると同時に、電圧測定の配線をスタックの側面の一方からだけ取り出すことができ、＋端子と−端子を複線のリード線にまとめることができるため燃料電池スタックの小型化ができる。

以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。

図１は本発明の電圧測定端子を設けた固体高分子型の燃料電池スタック１の外観である。セル２が多数積層されている。該燃料電池スタック１の手前の側面にＬ字状の電圧測定端子３がある。該端子はセパレータと一体でも良いし、別に作製し半田付け、プロジェクション溶接等で接合しても良い。

前記燃料電池スタック１は、陽極側のセパレータの第１の端面に＋端子を、陰極側のセパレータの第３の端面に−端子を配置したタイプで、図で見えていない裏の側面に−端子が取り付けられている。ここで第１の端面というのは、セパレータの４つの端面のいずれでもよい。又、第３の端面というの第１の端面の反対側の端面をいうが、第２、第３の端面に−端子を配置しても良い。

図２はセパレータと電極ユニットの配置を説明する図１のＡＡ断面分解図である。本断面分解図では、３種類のセパレータで２セルが１ユニットとして構成されている。

セパレータ４ａとセパレータ４ｂの間には電極ユニット５ａが、セパレータ４ａとセパレータ４ｃの間には電極ユニット５ｂが配置されている。セパレータ４ａと電極ユニット５ｂの間、セパレータ４ｂと電極ユニット５ａの間には空気が流れ、セパレータ４ａと電極ユニット５ａの間、セパレータ４ｃと電極ユニット５ｂの間には水素が流れている。セパレータ４ｂとセパレータ４ｃの間には電極ユニットがなく、冷却水が流れている。セパレータ４ａと４ｃの端部に、電圧測定端子３が配置されている。

電極ユニット５ａ，５ｂは、陰極である水素極６と陽極である空気極７の２枚の電極で電解質である高分子イオン交換膜８を挟んだ構造になっている。セパレータ４ａ，４ｂ，４ｃには、空気、水素あるいは冷却水の通路となる溝が形成されている。通常、この実施例のように１ユニットの中には冷却水通路１６が１つ含まれている。勿論、冷却水通路１６は１セル毎に配置されても良いし、又、専用の冷却水通路を設けなくても良い。

本実施例の電圧測定端子３は、セパレータ４の厚み以下の厚さで作製することができるため、セパレータ４が薄くなっても取り付けることができる。又、＋端子と−端子が燃料電池スタック１の反対の側面に設けられているため、電気的ショートが生じなく安全である。

なお、前記＋端子と−端子を燃料電池スタック１の同じ側面に上下にずらして設けることもできる。こうすれば電気的ショートの可能性を低下させることができると同時に、＋端子と−端子のリード線をまとめることができるため燃料電池スタックの小型化ができる。

電圧測定端子の取付方法はいろいろ考えられる。図３〜５は電圧測定端子を具備するセパレータ４の平面図である。これらの実施例のセパレータ４は、アルミニウムやステンレスなどの金属製である。セパレータ４には、空気給気通路９、冷却水通路１０、水素給気通路１１、空気排気通路１２、水素排気通路１３が形成されている。セパレータ４の４つの端面は、それぞれ第１の端面１７ａ、第２の端面１７ｂ、第３の端面１７ｃ、第４の端面１７ｄと名付ける。

図３は、ピン状の電圧測定端子３ａをプロジェクション溶接等で第１の端面に溶接したセパレータ４の平面図である。ここでピン状いうのは、直線に突きだしている棒状のものをいい、板状でも円や多角形などの柱状でよい。

図４は、Ｌ字状の電圧測定端子３ｂを図３の場合と第３の端面に一体で作製したセパレータ４の平面図である。ここでＬ字状というのは、前記ピン状のものをＬ字に曲げたものである。

図５は、ピン状の電圧測定端子１１を図３の場合と第３の端面に一体で作製したセパレータ４の平面図である。

図６はピン状の電圧測定端子３ｄを、図７はＬ字状の電圧測定端子３ａをプロジェクション溶接等でセパレータ４に接合する場合の説明図でセパレータ４の一部を拡大してものである。

図６、図７のそれぞれの上の図は溶接前の状態を、下の図は溶接後の状態である。セパレータと一体で作製する場合は無駄な材料が多く出るが、接合ではそれがなくコストも低減できる。

図８、図９は、それぞれＬ字状の電圧測定端子３ｂ、ピン状の電圧測定端子３ｃに電圧を測定するリード線１４を付けたソケット１５を取り付けた状態の説明図で、それぞれ図４、図５のセパレータ４の一部を拡大したものである。このように簡単にリード線を取り付けることができる構造になっている。Ｌ字状の電圧測定端子３ｂでは、ピン状の電圧測定端子３ｃに比べて接続したソケットの突出量を押さえることができる
以上のように、本発明は、電極ユニット、セパレータから構成され、水素を主成分とする燃料ガスと酸素あるいは空気を前記電極ユニットの中で反応させて電気に変換する燃料電池スタックにおいて、前記セパレータに突起状の電圧測定用端子を設けたことを特徴とするセル電圧測定端子付き燃料電池スタックであるので、燃料電池の小型化に対応した薄いセパレータに適した端子である。該端子にソケットなどで接続して燃料電池運転中の各セルの電圧を測定することことにより、各セルの異常をいち早く検知することができる。

本発明の実施例の燃料電池スタックの外観図 セパレータと電極ユニットの配置を説明する分解断面図 ピン状の電圧測定端子を接合で具備するセパレータの平面図 Ｌ字状の電圧測定端子を一体で具備するセパレータの平面図 ピン状の電圧測定端子を一体で具備するセパレータの平面図 ピン状の電圧測定端子をセパレータに接合する説明図 Ｌ字状の電圧測定端子をセパレータに接合する説明図 Ｌ字状の電圧測定端子にソケットを取り付けた説明図 ピン状の電圧測定端子にソケットを取り付けた説明図

符号の説明

１…燃料電池スタック
２…セル
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…電圧測定端子
４、４ａ、４ｂ、４ｃ…セパレータ
５ａ、５ｂ…電極
６…水素極
７…空気極
８…高分子イオン交換膜
１４…リード線
１５…ソケット
１６…冷却水通路
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ…セパレータ端面

Claims (5)

1. 電極ユニット、セパレータから構成され、水素を主成分とする燃料ガスと酸素あるいは空気を前記電極ユニットの中で反応させて電気に変換する燃料電池スタックにおいて、前記セパレータに突起状の電圧測定用端子を設けたことを特徴とするセル電圧測定端子付き燃料電池スタック。
2. 前記端子はセパレータの端面に対して垂直のピン状の突起であることを特徴とする請求項１記載のセル電圧測定端子付き燃料電池スタック。
3. 前記端子はセパレータの端面に対してＬ字状の突起であることを特徴とする請求項１記載のセル電圧測定端子付き燃料電池スタック。
4. 前記端子は陽極側のセパレータの第１の端面に＋端子を、陰極側のセパレータの第３の端面に−端子を配置することを特徴とする請求項１記載のセル電圧測定端子付き燃料電池スタック。
5. 前記端子は陽極側のセパレータの＋端子と陰極側のセパレータの−端子を同じ端面側に位置をずらして配置することを特徴とする請求項１記載のセル電圧測定端子付き燃料電池スタック。

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