JP2008130474A - 燃料電池セル - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池セルを構成する部材同士を締結するための安定した面圧を発生させ、小型化を図ることできると共に、その面圧の異常状態の検出が可能となる燃料電池セルを提供する。
【解決手段】両面に反応層を形成した電解質膜と、発電時にガス拡散および集電するための部材と、を少なくとも含む燃料電池部材が、電力を取り出すための燃料電池電極２上に積層された構造を有する燃料電池セルであって、
前記燃料電池電極は、該燃料電池電極を構成する電極基板８、１１によって形成された、燃料ガスを流入させることによって前記燃料電池部材に面圧を発生させるための閉鎖空間７を備え、
前記電極基板８には、前記閉鎖空間に面圧を発生させる際の歪みよる異常状態を検出する歪み検出手段の構成部である抵抗パタン３３が形成されている構成とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、燃料電池セルに関し、特に燃料電池セルを構成する部材同士を締結するための面圧を発生させると共に、面圧の異常状態の検出を可能とする燃料電池セルに関するものである。

従来、使用されている電池として、乾電池と言われている一次電池や、車のバッテリーなどに使われる鉛蓄電池、モバイル機器などで使われるリチウム電池などの二次電池がある。
一次電池は、内部に反応物質を保持しており、反応物質の化学反応により電流を生じるが、反応物質がすべて消費されてしまうと使用できなくなる。
また、近年における電子機器の高性能・多機能化に伴う電力消費量の拡大により十分なエネルギー量を供給出来なくなってきている。
二次電池は、内部に反応物を設け、電流を発生させることで反応物が減少するが、充電することによって逆反応が起こり、生成物質がもとの反応物質に戻ることで繰り返し使用することが出来る。
しかしながら、一回の充電で使用できるエネルギーは一次電池のものよりも少なく、また、充電するために外部電力を必要し、充電するのに数十分から数時間の充電時間を必要としている。

これに対し、近年、地球環境に対して低公害で電力を発生させる燃料電池が注目されている。
燃料電池は従来、宇宙衛星で実用化され、それから、省エネルギー性・環境に対し低公害であることから、発電装置や自動車用の駆動源として開発が進められてきた。
また、燃料電池は単位面積当りで、従来の電池に比べ数倍から十倍近い電気出力が得られることから、さらなる小型・軽量に可能性があるため電気機器の分野でも開発が行われている。
さらに、燃料のみを交換すれば連続して使用が可能であるため、二次電池の様に充電に時間がかかることもない。

燃料電池には、様々な方式のものがあるが、常温から１００℃の範囲で作動し、起動時間が短く、単位面積当りの電力が他の燃料電池よりも優れている点から、小型電気機器、とりわけ持ち運びして使用する機器に対しては、固体高分子型燃料電池が適している。
また、大きな出力を得るための燃料電池には、水素を燃料に使用するのが効果的である。
常圧下において気体である水素を貯蔵する方法として、つぎのような方法が挙げられる。
第一の方法としては、水素を圧縮して高圧ガスとして保存する方法である。
第二の方法としては、水素を低温にして、液体として貯蔵する方法である。
第三の方法としては、水素吸蔵合金を使用して水素を貯蔵する方法である。
第四の方法として、メタノールやガソリンなどを燃料タンクに積み、改質して水素に変換し使用するという方法がある。
また、最近、第五の方法としてカーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバー、カーボンナノホーンなどの炭素系材料が注目されている。これらの炭素系材料では、重量当たり約１０ｗｔ％の水素を吸蔵できる可能性があるためである。

一方、固体高分子型燃料電池の発電は以下の様にして行われる。高分子電解質膜には、パーフルオロスルホン酸系の陽イオン交換樹脂がよく用いられる。
例えば、このような膜としては、デュポン社のナフィオンなどがよく知られている。
固体高分子電解質膜を、白金などの触媒を担持した一対の多孔質電極、すなわち、燃料極と酸化剤極とで狭持した膜電極複合体が発電セルとなる。
この発電セルに対して、酸化剤極には酸化剤を、燃料極には燃料を供給することにより、高分子電解質膜中をプロトンが移動し、発電が行われる。この発電反応は６０℃〜１００℃程度の温度範囲で行われると最も効率がよい。
しかし、このような燃料電池は、水素と白金触媒との反応を良くするため機密性を要する構造体にしなければならない。
このため、設計上の制約が増え、構造体を小さくすることや、組立工程が複雑なものになってしまう。
また、停止時は常温だが、発電時には１００℃近くまで上昇するので、燃料電池に使用される部品が熱伸縮を起す。
これにより、締結部材同士が熱ひずみにより緩んだり外れたりすることで、機密性を保てなくなったり、積層部材を押さえていた面圧が低下したりなど、燃料電池の発電性能を低下させる問題があった。

以上のような燃料電池セルを構成する部材同士を締結するための面圧の低下を防ぐ構造として、従来において特許文献１では、図１４に示すように、面圧発生板１４２を介してスタック１４０を締結する圧力を発生させる方法が提案されている。
この方法では、単位燃料電池セル１４３をセパレータ１４１で挟み積層してなる燃料電池において、そのセパレータ１４１に空間１４４と面圧発生板１４２が設けられている。
そして、流体入穴１４５から流入してきた流体が空間１４４で膨らみ、面圧発生板１４２を介してスタック１４０を締結する圧力を発生させている。

また、燃料電池の発電性能低下の原因として、ガス拡散層と両面に反応層を形成した電解質膜（ＭＥＡ）の接触圧力の低下が考えられる。
このような接触圧力を検出する方法として、特許文献２では、電解質膜や触媒、それを支持する部材などを積層してなる燃料電池スタックにおいて、図１５に示すような検出方法が提案されている。
すなわち、図１５における燃料電池スタックでは、燃料電池セル１５１を積層してスタックとし、その上下端に加圧支持するエンドプレート１５２を配置して、複数のボルト１５３とそれらに対応するナット１５４を用いて締め付け、加圧されている。
その際、エンドプレートを押さえ付けているボルト間部分では、締結力が弱くなる。この、締結力を検出するために、各ボルト１５３に複数の歪みセンサ１５５を取り付け、これにより接触圧力の検出が可能に構成されている。
特開平６−６８８９８号公報 特開平６−２５１７９４号公報

しかしながら、上記従来例のものにおいては、つぎのような課題を有している。
例えば、特許文献１においては、セパレータ内に面圧発生用の加圧板および空間を必要とする。
そのため、この空間に流体を導くための配管および昇圧器機を使用しなければならず、燃料電池の小型化を図る上で困難が生じる。
また、特許文献２においては、燃料電池セルが積層されて一体となった状態での全体としての面圧の低下は検出できるが、燃料電池スタックの各セルにおける面圧の低下を検出することができないという点に問題を有している。

本発明は、上記課題に鑑み、燃料電池セルを構成する部材同士を締結するための安定した面圧を発生させ、小型化を図ることができると共に、その面圧の異常状態の検出が可能となる燃料電池セルを提供することを目的とする。

本発明は、次のように構成した燃料電池セルを提供するものである。
本発明の燃料電池セルは、両面に反応層を形成した電解質膜と、発電時にガス拡散および集電するための部材と、を少なくとも含む燃料電池部材が、電力を取り出すための燃料電池電極上に積層された構造を有する燃料電池セルであって、
前記燃料電池電極は、該燃料電池電極を構成する電極基板によって形成された、燃料ガスを流入させることによって前記燃料電池部材に面圧を発生させるための閉鎖空間を備え、
前記電極基板には、前記閉鎖空間に面圧を発生させる際の歪みによる異常状態を検出する歪み検出手段の構成部である抵抗パタンが形成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池セルは、前記歪み検出手段が、前記抵抗パタンからの電流を計測する電流計測手段と、
予め設定された正常な値の電流値が記憶されている記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記電流値と、前記電流計測手段からの出力信号とを比較演算し、該演算結果が異常な場合に異常信号を出力する演算手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池セルは、前記演算手段が、タイマより検出タイミング信号を受け取り、
前記検出タイミング信号におけるタイミングで前記記憶手段に記憶されている電流値と、前記電流計測手段からの出力信号とを比較演算する構成を備えていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池セルは、前記歪み検出手段が、動作モード設定手段を備え、該動作モード設定手段によって、前記予め設定された電流値として前記記憶手段に対し動作モードごとに異なる値を設定可能とされていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池セルは、前記電極基板には、前記抵抗パタンに加え、前記電流計測手段による計測値の補正、または計測値の増幅のために用いられる抵抗パタンが形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、燃料電池セルを構成する部材同士を締結するための安定した面圧を発生させ、小型化を図ることできると共に、その面圧の異常状態の検出が可能となる。

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。

以下に、本発明の実施例について説明する。
なお、以下の各実施例の説明における各図中の各符号は、同じ構成には同一の符号が付されている。
［実施例１］
本発明の実施例１においては、本発明を適用した燃料電池セルについて説明する。
本実施例における、面圧を発生させ小型化を図ることできると共に、その面圧の異常状態の検出部を備えた燃料電池セルは、図１に示す構成の面圧を発生可能とした燃料電池セルに適用することで、好適に実現することが可能となる。
したがって、まず、図１に示された面圧を発生させるように構成した燃料電池セルについて説明する。
図１は、この燃料電池のセルを断面にして横から見た概要図である。
図１において、１は燃料電池セル、２は燃料電池電極、３は流路、４は流路、５は通流口、６は通流口である。
７は閉鎖空間、８は電極基板（以下、基板８と記す）、９は通流口、１０は通流口、１１は電極基板（以下、基板１１と記す）、１２はガス拡散層、１３はガス拡散層、１４は反応層、１５は反応層、１６は電解質膜である。
１７はＭＥＡ、１８は金属層、１９はスペーサ、２０は固定材、２１は通流口、２２は筐体、２３は開口部、２４は通流口、２５は流路、３６は引き出し線、３７は引き出し線である。

燃料電池セル１において、燃料電池電極２の構造は、燃料ガスが流れる流路３、４、通流口５、６、面圧を発生させるための閉鎖空間７が形成されている基板８に、流通口９、１０が形成されている基板１１が貼り合わされて形成されている。
基板８、基板１１の材料としては、フレキシブル基板、セラミック基板、アルミ基板、シリコン基板等が挙げられるが、本案では安価に構成できるため、両面に導電層を形成したフレキシブル基板が好ましい。
また、貼り合わせる方法としては、半田接合、超音波接合、接着等が挙げられるが、強度と機密性で優れている接合が好ましい。
これにより、シール部材、気密を保持するための部品精度が必要なくなる。また、基板の両面の電通は、図示しないスルーホールで取られている。

ガス拡散層１２、１３は、流入してきたガスの拡散と、集電材としての機能を有するので、材料としてはカーボン材が挙げられる。
両面に反応層１４、１５を形成した電解質膜１６（以下ＭＥＡ１７と記す）は、燃料電池電極２より流入してきた燃料ガスを外気にリークするのを防ぐため、電解質膜１６の外周辺に金属膜１８が形成されている。
この金属膜１８は、めっき、スパッタなどにより金属層が形成されたものか、薄い金属箔をかしめた構造が挙げられる。スペーサ１９は、燃料電池電極２とＭＥＡ１７との高さを調整するための部材である。
上記燃料電池電極２上に、以上の燃料電池部材を構成するガス拡散層１２、ＭＥＡ１７、スペーサ１９、ガス拡散層１３を積層して、燃料電池セル１とする。
燃料電池電極２、スペーサ１９、ＭＥＡ１７は、それぞれ上記で挙げた接合もしくは接着により、シールに必要な部品と部品精度を省くことが出来る。接着剤２０は、積層した部材を更に固定するものである。

次に、上記燃料電池セルの機能について説明する。
図２に、図１および閉鎖空間７を中心とし、機能を説明するための模式図を示す。
図１に示す流通口２１より流入した燃料ガスは、流路３をおよび流路２５を介して閉鎖空間７に至る。流通口２１より流入する燃料ガスは図示しない燃料タンクより導かれている。
その燃料タンクの貯蔵方法の一例として、水素吸蔵合金を使用したものが挙げられる。その材質として、常温で解放圧力が０．２ＭＰａの特徴を有している、例えば、ＬａＮｉ₅を用いることが好ましい。
また、閉鎖空間７を形成する燃料電池セル１は、フレキシブルケーブル基板で構成することができる。
これにより、図２に模式図に示すように、基板１１および基板８によって形成された閉鎖空間７に至った燃料ガスの圧力により、基板１１および基板８の上下面を膨らませ、締結力を発生させることが出来る。
すなわち、積層したガス拡散層１２、ＭＥＡ１７およびガス拡散層１３を、筐体２２の内壁に押し付けて、締結力を発生させることが出来る。
以上の構成により、面全体で均一な圧力を加えることができ、接触抵抗を低減させることが可能となる。
さらに、燃料ガスは、図１の流通口９を通ってガス拡散層１２を介して反応層１５に至り、開口部２３より流入してきた酸素と反応して発電が始まり、流路口１０、流路４、流路口２４から、外部へ流出する。
このとき、閉鎖空間７の圧力を高めるためコンダクタンスは、流路３＞流路２５＞流路口９の関係が好ましい。
これにより、面全体に燃料ガスが行き渡りつつ、面圧を印加することが出来る。

次に、本実施例の燃料電池セルにおける面圧の異常状態を検出する検出部の構成について説明する。
図３に、本実施例燃料電池セルの燃料電池電極２の部分構造を示す。
動作および各部の基本構成は既に説明したとおりであるが、ここでは、特に基板８および基板１１の具体的構成について、更に説明する。
前述したようにこれらの基板はフレキシブル基板で構成されており、実際には図３に示すように、銅箔部３１がポリミド３２を挟む構成になっている。
また、図４は、図３を矢印ａの方向から見た図であり、閉鎖空間の基板に形成された歪みセンサを説明するための斜視図である。
図４においても、動作および各部の基本構成は既に説明したとおりであるが、ここでは、特に、基板８の銅箔部３１を加工して歪みセンサを構成する抵抗パタン３３について説明する。
歪みセンサ自体は公知であり、原理としては抵抗の歪みにより電気抵抗が変わるものである。
すなわち、閉鎖空間７に燃料ガスが流入することで閉鎖空間７が膨張し、その結果、抵抗パタン３３が伸縮する。

次に、本実施例における閉鎖空間に面圧を発生させる際の歪みよる異常状態を検出する歪み検出手段である検出部の全体構成について説明する。
図５に、本実施例における上記検出部の全体を説明するためのブロック図を示す。
図５に示すように、抵抗パタン３３（Ｒ１）から引き出された引出し線３４および３５にはホイーストンブリッジを形成する抵抗３８（Ｒ２）、抵抗３９（Ｒ３）、抵抗４０（Ｒ４）および電源４２が接続されている。
ここで、各抵抗がＲ１：Ｒ２＝Ｒ３：Ｒ４であれば、検出部４１には電流が流れない。このことを利用して検出部４１で閉鎖空間７が膨張したかどうかが検出可能となる。

図６に、検出部４１の概略動作を説明するためのブロック図を示す。
図６において、４３は引出し線３５から引き出された線より電流が流れるかどうかを検出し、またその電流を計測する電流計測手段としての電流計である。
４４は電流計４３より計測された電流値をサンプルホールドしアナログ値からディジタル値に変換するＡ／Ｄであり、４５はあらかじめ正常な状態の上限値と下限値を記憶しておく記憶部である。
４６はタイマより検出タイミング信号を受け取り、そのタイミングで記憶部４５の値とＡ／Ｄ４４の出力値を比較演算し、異常と判定したら異常信号を出力する演算部である。
４７は演算タイミングを生成するタイマ、４８は図示しない外部回路より出力されるタイマ起動信号線である。
４９はタイマ４８にあらかじめセットされた時間間隔でＡ／Ｄ４４への電流値サンプルホールドタイミング信号および演算部４６への演算要求信号線、５０は演算部４６が異常と判断したときに出力する検出タイミング信号線（異常検出信号線）である。

次に、本実施例における面圧の異常状態を検出する動作概要を説明する。
図７に、その動作概要を説明するフローチャートを示す。
図７において、まず、燃料電池が起動されると（図７のＳ１）、燃料ガスの注入が開始される（図７のＳ２）。
このとき、閉鎖空間７はすぐには膨張しないので正常な膨張が完了する時間のタイマ値をあらかじめタイマ４７にセットしておく。
電流計４３は燃料電池起動とともに逐次電流を計測している。
次に、タイマをスタートし（図７のＳ３）、前述のあらかじめセットした正常に膨張する時間がくるのを計時し、前記時間になったら検出タイミングとして検出タイミング信号線４９をアクティブにする。
あるいは、まだ検出タイミングでないのであれば、検出タイミングになるまで時間を計時する（図７のＳ４）。

次に、検出タイミングになると、検出タイミング信号線４９がアクティブになり、この信号をＡ／Ｄ４４が受け取るとその時点で、電流計４３から出力されるアナログ信号をサンプルホールドし、アナログ−デジィタル変換する（図７のＳ５）。
同時に、検出タイミング信号線４９は演算部４６にも入力される。
演算部４６は検出タイミング信号線４９がアクティブになったタイミングで、Ａ／Ｄ４４からの出力信号および記憶部４５から、あらかじめ記憶されている正常範囲の上限値および下限値のデータを取り込み、比較演算を行う。
そして、Ａ／Ｄ４４の出力値が、記憶部４５にあらかじめセットされている値の範囲（記憶部４５の上限値＞Ａ／Ｄ４４の出力値＞記憶部４５の下限値）であれば、正常と判断する。そうでなければ、異常と判断する（図７のＳ６）。
正常と判断した場合は、再び検出タイミングが来るまで前記図７のＳ４から、図７のＳ６を繰り返す（図７のＳ７）。
また異常と判断した場合は、異常検出信号線５０を出力し（図７のＳ８）、異常時の処理を行う（図７のＳ９）。
異常時の処理としては、図示しないユーザへの警告表示、あるいは燃料ガスの注入停止などの方法を採ることができる。

［実施例２］
実施例２として、実施例１と異なる形態について図８および図９を用いて説明する。
基本的動作は、実施例１と同じである。ここでの違いについて説明する。
図８は図６に対して、動作モード設定部５１と動作モードデータ線（モード設定制御線）５２が新たに追加されている。
また、図９は図７に対して、記憶部への比較データ上限値と下限値が、動作モードごとに異なる値で、判定可能に構成されている点が異なる。
図９のＳ１１に到るまでは、前述の実施例１と同じである。
図９のＳ１１で、例えば起動時であるなら、起動時モードとなる（図９のＳ１１）。例えば、これを動作モード１とする。
起動時においての設定データをタイマデータ１および上限値データ１、下限値データ１とあらかじめ定義された値を、動作モード設定部５１はタイマ４７および記憶部４５に対し、それぞれデータ設定をする（図９のＳ１２）。
以降は、それぞれ設定されたデータに従って、実施例１の動作を繰り返す。

次に起動時モード（動作モード１）が正常に終了した場合、次の動作モードを判定する（図９Ｓ１１）。
ここで例えばアイドリング状態であると判断し、これを例えば動作モード２とする。
その際、アイドリング状態においての設定データをタイマデータ２および上限値データ２、下限値データ２とあらかじめ定義された値を、動作モード設定部５１はタイマ４７および記憶部４５に対し、それぞれデータ設定をする（図９Ｓ１２）。
以降はそれぞれ設定されたデータに従って実施例１の動作を繰り返す。

次に、アイドリング状態（動作モード２）から、実際に何らかの動作モードが行われる状態であると判断した場合（図９Ｓ１１）、動作モード設定部５１はつぎのようにデータ設定をする。
例えば、これを動作モード３とすると、動作状態においての設定データをタイマデータ３および上限値データ３、下限値データ３とあらかじめ定義された値を、動作モード設定部５１はタイマ４７および記憶部４５に対し、それぞれデータ設定をする（図９Ｓ１２）。
以降はそれぞれ設定されたデータに従って実施例１の動作を繰り返す。

以上のように動作することで、燃料電池の実際の動作に対して常に画一的な面圧の判定を行うのではなく、実際の動作に即した形で面圧の判定ができるようになる。
また、動作モードは３つに限定するものではなく、必要な分用意することも可能である。
また、上記実施例では、実際の動作ごとのデータを動作モード設定部５１からタイマ４７および記憶部４５に対して設定していたが、これらに限られるものではない。
例えば、タイマ４７および記憶部４５にあらかじめ決められたデータをセットしておき、動作モード設定部５１からはこれらのデータを選択するための選択信号を出力することでも、同様の結果が得られる。

［実施例３］
実施例３として、上記各実施例と異なる形態について、図１０および図１１を用いて説明する。
基本的動作は実施例１と同じである。違いは図１０に示すように歪みを検出する抵抗パタン３３に加え、抵抗パタン３８も基板８に作成したことである。
これは、一般に２ゲージ法と呼ばれる方式で、検出値（本実施例の電流計測手段による電流の計測値）の補正もしくは、検出値（本実施例の電流計測手段による電流の計測値）を増幅して得られることが知られている。
この２ゲージ法は、本燃料電池のように閉鎖空間がフレキシブル基板で作成されていることにより、一層容易に実現することができる。
また当然、抵抗の向きなども任意に作成することができる。

以上に説明した各実施例の燃料電池セルによれば、専用のセンサを別途取り付けることなく、各燃料電池セルの面圧状態を検出可能となり、各燃料電池セルの異常を検出することが可能となる。
なお、本実施例を含め、上記各実施例においては、閉鎖空間７を形成したが、これに限られるものではない。
例えば、図１２に示すような流路のように構成されても良い。
すなわち、燃料ガスは、流通口５５を通ってガス拡散層１２を介して反応層１５に至り、開口部２３より流入してきた酸素と反応して発電が始まり、流路口１０、流路４、流路口２４から、外部へ流出する。
このとき、流路７の圧力を高めるためコンダクタンスは、流路３＞流路口１０＞流路口５５の関係が好ましい。これにより、面全体に燃料ガスが行き亘りつつ、面圧を印加することができる。

また、閉鎖空間もしくは流路が前述のようにフレキシブル基板で構成されていることから、抵抗パタンだけではなく、必要とあらばフレキシブル基板上に検出部４１を構成するＩＣの実装パタンを作成し、そこに各ＩＣを実装するようにしてもよい。
これにより、さらに装置全体の小型化を図ることが可能となる。
あるいは、図１３に示すように、フレキシブル基板である基板８の面積を広げ、そこに検出部４１を構成するＩＣの実装パタンを作成するようにしてもよい。

本発明の実施例１における面圧を発生させるように構成した燃料電池セルについて説明する断面概要図。 本発明の実施例１における閉鎖空間７を中心とした機能を説明するための模式図。 本発明の実施例１における燃料電池電極の部分構造を説明するための断面概要図。 本発明の実施例１における閉鎖空間の基板に形成された歪みセンサを説明するための斜視図。 本発明の実施例１における面圧の異常状態を検出する歪み検出部の全体を説明するためのブロック図。 本発明の実施例１における検出部の概略動作を説明するためのブロック図。 本発明の実施例１における面圧の異常状態を検出する動作概要を説明するためのフローチャート。 本発明の実施例２における動作モード設定部と動作モードデータ線（モード設定制御線）が新たに追加された検出部の構成を説明するためのブロック図。 本発明の実施例２における面圧の異常状態を検出する動作概要を説明するためのフローチャート。 本発明の実施例３を説明する流路部の斜視図。 本発明の実施例３における歪みを検出する抵抗パタンに加え、抵抗パタンが基板に作成された歪み検出部の全体構成を説明するためのブロック図。 本発明の実施例における閉鎖空間を、流路とした構成例を説明するための断面概要図。 本発明の実施例における制御部を、フレキシブル基板に実装する構成例を説明するための断面図。 従来例の特許文献１の燃料電池において、セパレータ内に面圧発生板と空間を具備し、その空間に加圧された流体を入れることで、締め付け加圧している燃料電池を説明するための概要図。 従来例の特許文献２の燃料電池において、セルを積層して構成したスタックの上下端におけるエンドプレートをボルトを用いて締め付け加圧している燃料電池の面圧検出方法を説明するための概要図。

符号の説明

１：燃料電池セル
２：燃料電池電極
３：流路
４：流路
５：通流口
６：通流口
７：閉鎖空間
８：基板（電極基板）
９：通流口
１０：通流口
１１：基板（電極基板）
１２：ガス拡散層
１３：ガス拡散層
１４：反応層
１５：反応層
１６：電解質膜、
１７：ＭＥＡ
１８：金属膜（金属層）
１９：スペーサ
２０：固定材（接着剤）
２１：通流口
２２：筐体
２３：開口部
２４：通流口
２５：流路
３１：銅箔部
３２：ポリイミド
３３：抵抗パタン（Ｒ１）
３４：引き出し線
３５：引き出し線
３６：引き出し線
３７：引き出し線
３８：抵抗（Ｒ２）
３９：抵抗（Ｒ３）
４０：抵抗（Ｒ４）
４１：検出部
４２：電源
４３：電流計
４４：Ａ／Ｄ
４５：記憶部
４６：演算部
４７：タイマ
４８：タイマ起動信号
４９：検出タイミング信号線（演算要求信号線）
５０：異常検出信号線
５１：動作モード設定部
５２：動作モードデータ線（モード設定制御線）
５３：引き出し線
５４：引き出し線
５５：流通口

Claims (5)

1. 両面に反応層を形成した電解質膜と、発電時にガス拡散および集電するための部材と、を少なくとも含む燃料電池部材が、電力を取り出すための燃料電池電極上に積層された構造を有する燃料電池セルであって、
   前記燃料電池電極は、該燃料電池電極を構成する電極基板によって形成された、燃料ガスを流入させることによって前記燃料電池部材に面圧を発生させるための閉鎖空間を備え、
   前記電極基板には、前記閉鎖空間に面圧を発生させる際の歪みによる異常状態を検出する歪み検出手段の構成部である抵抗パタンが形成されていることを特徴とする燃料電池セル。
2. 前記歪み検出手段は、前記抵抗パタンからの電流を計測する電流計測手段と、
   予め設定された正常な値の電流値が記憶されている記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されている前記電流値と、前記電流計測手段からの出力信号とを比較演算し、該演算結果が異常な場合に異常信号を出力する演算手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
3. 前記演算手段は、タイマより検出タイミング信号を受け取り、
   前記検出タイミング信号におけるタイミングで前記記憶手段に記憶されている電流値と、前記電流計測手段からの出力信号とを比較演算する構成を備えていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池セル。
4. 前記歪み検出手段は、動作モード設定手段を備え、該動作モード設定手段によって、前記予め設定された電流値として前記記憶手段に対し動作モードごとに異なる値を設定可能とされていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池セル。
5. 前記電極基板には、前記抵抗パタンに加え、前記電流計測手段による計測値の補正、または計測値の増幅のために用いられる抵抗パタンが形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池セル。

Images