JP2008186673A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】セル電圧検出装置を一体的に備える燃料電池スタックにおいて、燃料電池スタックの小型化を図る。
【解決手段】燃料電池スタック１００の積層方向に平行な側面に、挿入部４８を形成し、この挿入部４８に、セル電圧検出装置６０を挿入する。セル電圧検出装置６０は、絶縁性の基板と、基板上に設置された演算装置と、基板上に設置された無線通信装置と、基板上に設置され、複数のセパレータ４１とそれぞれ当接する複数のセル電圧検出用端子とを備えている。そして、複数のセル電圧検出用端子と演算装置とは、基板上に形成された複数の配線によってそれぞれ接続されている。また、演算装置と無線通信装置とも、基板上に形成された配線によって接続されている。なお、セル電圧検出装置６０の挿入部４８への挿入方向の長さは、挿入部４８の深さとほぼ等しい。
【選択図】図１

Description

本発明は、セル電圧検出装置を一体的に備える燃料電池スタックに関するものである。

水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、プロトン伝導性を有する所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータを介在させて複数積層したスタック構造を有する燃料電池スタックがある。

このような燃料電池スタックでは、各膜電極接合体において、正常に発電を行うために、あるいは、発電の異常を検出するために、各セパレータ間の電圧を検出することによって、各膜電極接合体のアノードとカソードとの間の電圧であるセル電圧が検出され、監視される。このため、従来、各セパレータには、セル電圧を検出するために用いられるセル電圧検出用端子が設置され、各セル電圧検出用端子と、セル電圧検出装置（あるいは、セル電圧監視装置）とは、それぞれリード線等の配線によって接続されていた。そして、各セル電圧検出用端子と、セル電圧検出装置とを、それぞれリード線等によって接続することは煩雑だった。

そこで、近年では、セル電圧検出装置を燃料電池スタックに一体的に備えることによって、取り回しの煩雑な配線を省略して、燃料電池スタックが備える各膜電極接合体におけるセル電圧を検出し、監視するための種々の技術が提案されている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。例えば、下記特許文献１には、セル電圧検出装置において、電圧検出手段に固定された端子（セル電圧検出用端子）の一端と、セパレータに当接する他端との間に、弾性部を備えることが記載されている。こうすることによって、端子とセパレータとをハーネスなしで接続することが可能になる。また、端子と、この端子が接続するセパレータとの位置誤差を弾性部で吸収することが可能になる。

また、下記特許文献２には、燃料電池スタックのセル電圧の出力信号を処理する処理回路と、燃料電池セパレータから延在して設けられたセル端子に処理回路を接続するコネクタと、処理回路とコネクタとを包囲するケーシングと、を備えたコネクタと回路基板との一体化構造体（以下、セル電圧検出装置と呼ぶ）が記載されている。こうすることによって、セル電圧検出装置をコンパクトにユニット化し、取り扱いを容易にすることができる。

また、下記特許文献３には、基板に各セルの一部に接触する複数の接触部と、処理部と、複数の接触部と処理部とをそれぞれ接続する配線と、処理部によって処理されたセルの状態情報を無線通信によって伝送するアンテナを備える燃料電池の状態監視装置（以下、セル電圧検出装置と呼ぶ）が記載されている。こうすることによって、ハーネス等の有線通信手段を用いることなく、セルの状態情報の伝送を無線通信によって行うことができる。

特開２００３−８６２６１６号公報 特開２００４−１２７７７６号公報 特開２００５−１３５７６２号公報

しかし、上記特許文献１〜３に記載された技術では、セル電圧検出装置が、燃料電池スタックの外部に設置されるため、燃料電池スタックの大型化を招いていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、セル電圧検出装置を一体的に備える燃料電池スタックにおいて、燃料電池スタックの小型化を図ることを目的とする。

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。すなわち、本発明の燃料電池スタックは、電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータを介在させて複数積層した燃料電池スタックであって、前記アノードと前記カソードとの間のセル電圧を検出するためのセル電圧検出装置であって、絶縁性を有する基板と、該基板上に設置され、複数の前記セパレータとそれぞれ当接する複数のセル電圧検出用端子と、前記基板上に設置され、前記セル電圧検出用端子によって検出された前記複数のセパレータ間の電圧に基づいて、所定の演算処理を実行する演算装置と、前記基板に形成され、前記複数のセル電圧検出用端子と前記演算装置とをそれぞれ接続する複数の配線と、を備えるセル電圧検出装置と、前記膜電極接合体、および、前記セパレータの積層方向に対して略平行な側面に形成され、前記複数のセル電圧検出用端子と前記複数のセパレータとがそれぞれ当接するように、前記セル電圧検出装置を挿入するための挿入部と、を備えることを要旨とする。

一般に、燃料電池スタックでは、燃料電池スタックの内部に、燃料電池スタックの外部から供給された燃料ガスや、酸化剤ガスを、各膜電極接合体に分岐して供給するための複数の反応ガス供給マニホールドや、各膜電極接合体からそれぞれ排出されるオフガスを集合させて燃料電池スタックの外部に排出するための複数のオフガス排出マニホールドが形成される。そして、燃料電池スタックにおいて、これらの各マニホールド間は、燃料電池としては機能しない、すなわち、直接的に発電に寄与しないデッドスペースとなっている。本発明では、このデッドスペースに上記挿入部を形成し、この挿入部にセル電圧検出装置を挿入することができる。したがって、本発明によって、セル電圧検出装置を一体的に備える燃料電池スタックにおいて、燃料電池スタックの小型化を図ることができる。

上記燃料電池スタックにおいて、複数の前記膜電極接合体、および、前記複数のセパレータは、所定の締結部材によって締結されているとともに、前記燃料電池スタックにおける前記複数の膜電極接合体、および、前記複数のセパレータの積層方向の寸法が規定されているようにすることが好ましい。燃料電池スタックにおいて、複数の膜電極接合体、および、複数のセパレータの積層方向の寸法が規定されていない場合には、温度変化や、電解質膜中の水分量の変化による膜電極接合体の膨張や収縮等によって、複数の膜電極接合体、および、複数のセパレータの積層方向の寸法が変化する。このため、複数のセパレータと複数のセル電圧検出用端子とのそれぞれの接点がずれて、セル電圧の検出を行えなくなる場合があり得る。本発明では、燃料電池スタックにおいて、複数の膜電極接合体、および、複数のセパレータの積層方向の寸法が、締結部材によって規定されているので、複数のセパレータと複数のセル電圧検出用端子とのそれぞれの接点がずれることを防止することができる。

上記いずれかの燃料電池スタックにおいて、前記セル電圧検出装置は、さらに、前記基板上に設置され、前記演算装置による前記演算処理によって生成された前記セル電圧に関する情報を、無線通信によってセル電圧監視装置に送信する無線通信装置を備えるようにしてもよい。こうすることによって、セル電圧検出装置とセル電圧監視装置とを配線接続することなく、セル電圧検出装置からセル電圧監視装置に、無線通信によって、セル電圧に関する情報を送信することができる。

上記いずれかの燃料電池スタックにおいて、前記セル電圧検出装置の前記セパレータと当接する少なくとも一方の表面における一部の領域には、凹部、および、凸部が形成されており、前記挿入部は、前記セル電圧検出装置に形成された前記凹部、および、前記凸部とそれぞれ係合する凸部、および、凹部を有するようにすることが好ましい。こうすることによって、燃料電池スタック本体とセル電圧検出装置とのずれを抑制することができる。

なお、上記燃料電池スタックにおいて、例えば、前記挿入部における凸部は、前記複数のセパレータのそれぞれに形成された切り欠き部によって構成され、前記挿入部における凹部は、前記複数の膜電極接合体の周囲に配置されたフレーム部材のそれぞれに形成された切り欠き部によって構成されるようにしてもよい。こうすることによって、燃料電池スタックにおいて、上記凸部、および、上記凹部を有する挿入部を容易に構成することができる。

上記いずれかの燃料電池スタックにおいて、前記セル電圧検出装置の前記挿入部への挿入方向の長さは、前記挿入部の深さ以下であるようにすることが好ましい。こうすることによって、セル電圧検出装置が燃料電池スタックの本体から突出するのを防止することができる。

上記いずれかの燃料電池スタックにおいて、さらに、前記セル電圧検出装置を、前記燃料電池スタックに固定する固定部を備えるようにすることが好ましい。こうすることによって、セル電圧検出装置が燃料電池スタックから外れることを抑制することができる。

上記いずれかの燃料電池スタックにおいて、前記セル電圧検出装置は、前記燃料電池スタックを電源として動作するようにしてもよい。また、前記セル電圧検出装置は、さらに、前記基板上に設けられ、前記セル電圧検出装置を動作させる電源として、一次電池や、二次電池を備えるようにしてもよい。こうすることによって、別途、外部電源を用意することなく、セル電圧検出装置を動作させることができる。

上記いずれかの燃料電池スタックにおいて、前記セル電圧検出装置における前記セル電圧検出用端子以外の部位は、絶縁性部材によって被覆されているようにすることが好ましい。こうすることによって、基板上における結露によるセル電圧検出装置の故障や、セル電圧検出装置の動作時の発火を防止することができる。

なお、本発明は、上述したいずれかの燃料電池スタックに用いられるセル電圧検出装置の発明として構成することもできる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．燃料電池スタックの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。この燃料電池スタック１００は、概ね、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を、セパレータを介在させて、複数積層させたスタック構造を有している。本実施例では、電解質膜として、固体高分子膜を用いるものとした。電解質として、固体酸化物等、他の電解質を用いるものとしてもよい。なお、燃料電池スタック１００における膜電極接合体の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。

燃料電池スタック１００は、図示するように、一端から、エンドプレート１０ａ、絶縁板２０ａ、集電板３０ａ、複数の燃料電池モジュール４０、集電板３０ｂ、絶縁板２０ｂ、エンドプレート１０ｂの順に積層することによって構成されている。本実施例では、これらは、それぞれ横長の略矩形形状を有している。燃料電池モジュール４０は、膜電極接合体の周囲にシールガスケットを配置した膜電極接合体ユニット４２を、セパレータ４１によって挟持することによって構成されている。そして、燃料電池スタック１００内部には、図示は省略しているが、燃料電池スタック１００の外部から供給された燃料ガスとしての水素や、酸化剤ガスとしての空気や、冷却水を、それぞれ各膜電極接合体に分配して供給するための複数の供給マニホールド（水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷却水供給マニホールド）や、各膜電極接合体のアノードおよびカソードからそれぞれ排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスや、冷却水を集合させて燃料電池スタック１００の外部に排出するための複数の排出マニホールド（アノードオフガス排出マニホールド、カソードオフガス排出マニホールド、冷却水排出マニホールド）が形成されている。

エンドプレート１０ａ，１０ｂは、剛性を確保するために、鋼等の金属によって形成されている。また、絶縁板２０ａ，２０ｂは、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。また、集電板３０ａ，３０ｂは、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂには、それぞれ出力端子３２ａ，３２ｂが設けられており、燃料電池スタック１００で発電した電力を出力可能となっている。

そして、本実施例の燃料電池スタック１００では、図示するように、エンドプレート１０ａの下側長辺の内側には、下側長辺に沿って、空気供給マニホールドを構成する３つの空気供給口１２Ａｉ，１２Ｂｉ，１２Ｃｉが、互いに隣接して形成されている。また、エンドプレート１０ａの上側長辺の内側には、上側長辺に沿って、カソードオフガス排出マニホールドを構成する３つのカソードオフガス排出口１２Ａｏ，１２Ｂｏ，１２Ｃｏが、互いに隣接して形成されている。なお、空気供給口１２Ａｉ，１２Ｂｉ，１２Ｃｉは、それぞれカソードオフガス排出口１２Ａｏ，１２Ｂｏ，１２Ｃｏと対向する位置に配置されている。また、エンドプレート１０ａの左側短辺の内側には、水素供給マニホールドを構成する水素供給口１４ｉ、および、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給口１６ｉが、上下に互いに隣接して形成されている。また、エンドプレート１０ａの右側短辺の内側には、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出口１６ｏ、および、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出口１４ｏが、上下に互いに隣接して形成されている。

この燃料電池スタック１００は、図示しない燃料電池システムに備えられ、水素供給口１４ｉには、図示しない水素タンクから、燃料ガスとしての水素が供給され、燃料電池スタック１００のアノードから排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス排出口１４ｏから排出される。また、空気供給口１２Ａｉ，１２Ｂｉ，１２Ｃｉには、図示しないエアコンプレッサによって圧縮された酸化剤ガスとしての酸素を含む空気がそれぞれ供給され、燃料電池スタック１００のカソードから排出されるカソードオフガスは、カソードオフガス排出口１２Ａｏ，１２Ｂｏ，１２Ｃｏから排出される。また、冷却水供給口１６ｉには、図示しないラジエータによって冷却され、図示しないポンプによって加圧された冷却水が供給され、燃料電池スタック１００の内部を流れて、冷却水排出口１６ｏから排出されて循環する。

この燃料電池スタック１００において、複数の燃料電池モジュール４０等は、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加による電池性能の低下を抑制したり、ガスの漏洩を防止したりするために、スタック構造の積層方向に所定の締結荷重が加えられた状態で締結されている。以下、燃料電池スタック１００の締結構造について説明する。

本実施例では、絶縁板２０ａ，２０ｂ、集電板３０ａ，３０ｂ、複数の燃料電池モジュール４０の四隅に、それぞれ矩形形状を有する切り欠き部が設けられている。そして、これらは、各切り欠き部に四角柱状のロッド部材５０を当接させ、スタック構造の積層方向に締結荷重を加えつつ、各ロッド部材５０の両端部を、ボルト５２によってエンドプレート１０ａ，１０ｂの四隅にそれぞれ固定することによって締結されている。上記積層方向から見た各切り欠き部の形状は、ロッド部材５０の断面形状とほぼ同一形状である。したがって、各ロッド部材５０は、エンドプレート１０ａ，１０ｂの四隅から突出しない。

なお、燃料電池スタック１００における上述した締結荷重は、例えば、エンドプレート１０ａと、絶縁板２０ａとの間や、エンドプレート１０ｂと、絶縁板２０ｂとの間にスペーサを挿入し、このスペーサの厚さを調節したり、絶縁板２０ａ，２０ｂの厚さを調節したりすることによって調整可能である。また、ロッド部材５０の長さは、予め規定されているので、燃料電池スタック１００の積層方向の長さは、上述した締結荷重の大きさに関わらず、一定となる。また、本実施例の燃料電池スタック１００では、絶縁板２０ａ，２０ｂ、集電板３０ａ，３０ｂ、複数の燃料電池モジュール４０の四隅に設けられた各切り欠き部に、それぞれロッド部材５０を当接させることによって、それぞれの位置決めを行うことができる。また、ロッド部材５０は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。そして、これらの表面には、各燃料電池モジュール４０間、および、燃料電池モジュール４０とエンドプレート１０ａ，１０ｂとの間の絶縁を確保するために、絶縁性を有する皮膜がコーティングされている。ロッド部材５０、エンドプレート１０ａ，１０ｂ，ボルト５２は、本発明における締結部材に相当する。

また、本実施例の燃料電池スタック１００は、各膜電極接合体のアノードとカソードとの間のセル電圧を検出するセル電圧検出装置６０を一体的に備えており、図示するように、燃料電池スタック１００の積層方向に平行な側面に、セル電圧検出装置６０を挿入するための挿入部４８が形成されている。本実施例では、図示するように、カソードオフガス排出口１２Ｂｏを含むカソードオフガス排出マニホールドと、カソードオフガス排出口１２Ｃｏを含むカソードオフガス排出マニホールドとの間のデッドスペースに、挿入部４８を形成するものとした。他のマニホールド間のデッドスペースに、挿入部４８を形成するものとしてもよい。

この挿入部４８は、後述するように、セパレータ４１に形成された矩形形状を有する切り欠き部４１８と、膜電極接合体ユニット４２のシールガスケットに形成された矩形形状を有する切り欠き部４２８と、集電板３０ａ，３０ｂに形成された矩形形状を有する切り欠き部とによって構成されている。なお、セパレータ４１に形成された切り欠き部４１８の幅と、膜電極接合体ユニット４２のシールガスケットに形成された切り欠き部４２８の幅とは、互いに異なっている。また、膜電極接合体ユニット４２のシールガスケットに形成された切り欠き部４２８の幅と、集電板３０ａ，３０ｂに形成された矩形形状を有する切り欠き部の幅とは等しい。つまり、挿入部４８の挿入口の形状は、凹凸形状を有している。そして、後述するように、セル電圧検出装置６０には、挿入部４８と係合する凸部、および、凹部が形成されている。セル電圧検出装置６０、および、挿入部４８（切り欠き部４１８、および、切り欠き部４２８）については、後から詳述する。

先に説明した燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック１００への水素や、空気の供給、および、排出、冷却水の循環は、燃料電池スタック１００への出力要求や、図示しない各種センサ等の出力に応じて、図中に併せて示した制御装置２００によって制御される。制御装置２００は、図示しないＣＰＵや、ＲＡＭや、ＲＯＭ等を備えており、ＣＰＵがＲＯＭに格納された所定のプログラムを実行することによって、各種制御を行う。また、制御装置２００は、図示しない無線通信装置を含むセル電圧監視部２１０を備えており、燃料電池スタック１００に設置されたセル電圧検出装置６０から、無線通信によって、受信したセル電圧に関する情報を監視し、この情報に基づいた各種制御も行う。制御装置２００は、本発明におけるセル電圧監視装置に相当する。

Ｂ．セル電圧検出装置：
図２は、セル電圧検出装置６０の構成を示す説明図である。図２（ａ）に、セル電圧検出装置６０の平面図を示した。また、図２（ｂ）に、図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示した。

図２（ａ）に示したように、セル電圧検出装置６０は、絶縁性の基板６１と、基板６１上に設置された演算装置６２と、基板６１上に設置された無線通信装置６３と、基板６１上に設置され、複数のセパレータ４１とそれぞれ当接する複数のセル電圧検出用端子６４とを備えている。そして、複数のセル電圧検出用端子６４と演算装置６２とは、基板６１上に形成された複数の配線６５（一部図示省略）によってそれぞれ接続されている。また、演算装置６２と無線通信装置６３とは、基板６１上に形成された配線６６によって接続されている。なお、本実施例では、配線６５，６６は、基板６１上に形成されているものとしたが、これらは、基板６１の内部に埋め込まれているようにしてもよい。

演算装置６２は、図示しないＣＰＵや、ＲＡＭや、ＲＯＭ等を備えており、ＣＰＵが、ＲＯＭに格納された所定のプログラムを実行することによって、セル電圧検出用端子６４によって検出された各セル電圧に基づいて、所定の演算処理を実行し、燃料電池スタック１００のセル電圧に関する情報を生成する。そして、このセル電圧に関する情報は、配線６６を介して無線通信装置６３に伝送され、無線通信装置６３は、演算装置６２によって生成されたセル電圧に関する情報を、無線通信によって、制御装置２００のセル電圧監視部２１０に送信する。

また、図２（ａ），（ｂ）に示したように、基板６１の表面における複数のセル電圧検出用端子６４の間の一部の領域には、燃料電池スタック１００に形成された挿入部４８への挿入方向に沿って、それぞれ矩形形状を有する凸部６７が形成されている。つまり、複数の凸部６７の間の各凹部６８に、セル電圧検出用端子６４が配置されている。

凸部６７の幅ｗ１は、燃料電池スタック１００における膜電極接合体ユニット４２の厚さとほぼ等しい。また、凹部６８の幅ｗ２は、燃料電池スタック１００におけるセパレータ４１の厚さとほぼ等しい。また、図２では、図示を省略しているが、凸部６７の高さｄ１は、演算装置６２、および、無線通信装置６３の厚さよりも高い。また、凸部６７を含む基板６１の厚さｄ２は、後述するように、膜電極接合体ユニット４２のシールガスケットに形成された切り欠き部４２８の幅ｄ４以下である。

なお、図示は省略しているが、本実施例では、セル電圧検出装置６０におけるセル電圧検出用端子６４以外の部位には、絶縁性を有する皮膜がコーティングされている。こうすることによって、基板６１上における結露によるセル電圧検出装置６０の故障や、セル電圧検出装置６０の動作時の発火を防止することができる。

また、本実施例では、セル電圧検出装置６０、すなわち、演算装置６２、および、無線通信装置６３は、燃料電池スタック１００の一部を電源として、１．５〜５ボルト程度の電圧で動作するものとした。

また、本実施例では、後述するように、セル電圧検出用端子６４として、板バネ形状を有する端子を用いるものとした。セル電圧検出用端子６４として、板バネ形状を有する端子の代わりに、例えば、コイルバネ形状を有する端子を用いるものとしてもよい。

図３は、燃料電池スタック１００に設けられた挿入部４８に、セル電圧検出装置６０を挿入したときの様子を示す説明図である。図３（ａ）に、挿入部４８を構成するセパレータ４１の切り欠き部４１８付近の断面図、すなわち、挿入部４８にセル電圧検出装置６０を挿入したときの、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を示した。また、図３（ｂ）に、挿入部４８を構成する膜電極接合体ユニット４２の切り欠き部４２８付近の断面図、すなわち、挿入部４８にセル電圧検出装置６０を挿入したときの、図２（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図を示した。

図３（ａ）に示したように、セパレータ４１において、切り欠き部４１８は、エンドプレート１０ａに形成されたカソードオフガス排出口１２Ｂｏ，１２Ｃｏにそれぞれ対応する位置に形成され、カソードオフガス排出マニホールドを構成する貫通孔４１２Ｂｏと、貫通孔４１２Ｃｏとの間のデッドスペースに形成されている。そして、図示するように、切り欠き部４１８の幅ｄ３は、セル電圧検出装置６０の厚さｄ２（図２（ｂ）参照）よりも小さく、基板６１と演算装置６２（または、無線通信装置６３）との厚さよりも大きい。また、切り欠き部４１８の深さＬは、セル電圧検出装置６０の挿入部４８への挿入方向の長さＬ（図２（ａ）参照）とほぼ等しい。そして、セル電圧検出装置６０に備えられたセル電圧検出用端子６４は、板バネの弾性力によって、セパレータ４１と接触するとともに、セル電圧検出装置６０を挿入部４８に固定する。

また、図３（ｂ）に示したように、膜電極接合体ユニット４２において、切り欠き部４２８は、セパレータ４１に形成された切り欠き部４１８と同様に、エンドプレート１０ａに形成されたカソードオフガス排出口１２Ｂｏ，１２Ｃｏにそれぞれ対応する位置に形成され、カソードオフガス排出マニホールドを構成する貫通孔４２２Ｂｏと、貫通孔４２２Ｃｏとの間のデッドスペースに形成されている。そして、図示するように、切り欠き部４２８の幅ｄ４は、セル電圧検出装置６０の厚さｄ２（図２（ｂ）参照）以上である。また、切り欠き部４２８の深さＬは、セパレータ４１に形成された切り欠き部４１８と同様に、セル電圧検出装置６０の挿入部４８への挿入方向の長さＬ（図２（ａ）参照）とほぼ等しい。

こうすることによって、挿入部４８にセル電圧検出装置６０を挿入したときに、挿入部４８に形成された凸部、および、凹部、すなわち、セパレータ４１に形成された切り欠き部４１８、および、膜電極接合体ユニット４２に形成された切り欠き部４２８と、セル電圧検出装置６０に形成された凹部６８、および、凸部６７とを係合させ、燃料電池スタック１００におけるセル電圧検出装置６０のずれを防止することができる。また、挿入部４８の深さＬと、セル電圧検出装置６０の挿入部４８への挿入方向の長さＬとがほぼ等しいので、セル電圧検出装置６０の一部が、燃料電池スタック１００の本体から突出することを防止することができる。

以上説明した本実施例の燃料電池スタック１００によれば、セル電圧検出装置６０を、燃料電池スタック１００のデッドスペースに形成された挿入部４８に挿入することができるので、セル電圧検出装置６０を一体的に備える燃料電池スタック１００において、燃料電池スタック１００の小型化を図ることができる。

Ｃ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。

Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、燃料電池スタック１００は、ロッド部材５０によって、積層方向の寸法が規定されているものとしたが、本発明は、これに限られない。セル電圧検出装置６０における各セル電圧検出用端子６４が、常時、各セパレータ４１と当接するように形成されていればよい。

Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、セル電圧検出装置６０において、基板６１上に無線通信装置６３を設置し、無線通信によって、セル電圧に関する情報を制御装置２００に送信するものとしたが、本発明は、これに限られない。演算装置６２と制御装置２００とを配線接続して、演算装置６２から制御装置２００にセル電圧に関する情報を送信するようにしてもよい。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、セル電圧検出装置６０において、基板６１上に複数の凸部６７、および、凹部６８を設け、燃料電池スタック１００における挿入部４８が有する凹部、および、凸部と係合するようにしたが、これらを省略するようにしてもよい。

また、上記実施例では、セル電圧検出装置６０において、基板６１の一方の面に凸部６７、および、凹部６８を形成するものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、基板６１の両面に凸部、および凹部を形成するようにしてもよい。この場合、基板６１に形成された凸部、および、凹部と係合する凹部、および、凸部を、挿入部４８に形成するようにすればよい。

Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、セル電圧検出装置６０の挿入部４８への挿入方向の長さＬは、挿入部の深さとほぼ同じであるものとしたが、本発明は、これに限られず、任意に設定可能である。ただし、セル電圧検出装置６０の挿入部４８への挿入方向の長さＬを、挿入部４８の深さ以下にすることによって、セル電圧検出装置６０が燃料電池スタック１００の本体から突出するのを防止することができる。

Ｃ５．変形例５：
上記実施例では、セル電圧検出装置６０を挿入部４８に挿入したときに、板バネ形状を有するセル電圧検出用端子６４の弾性力によって、セル電圧検出装置６０を燃料電池スタック１００に固定するものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、さらに、エンドプレート１０ａ，１０ｂに、セル電圧検出装置６０を燃料電池スタック１００に固定するための固定治具を設置し、この固定治具を用いて、セル電圧検出装置６０を燃料電池スタック１００に固定するようにしてもよい。こうすることによって、セル電圧検出装置６０が燃料電池スタック１００から外れることを、さらに抑制することができる。

Ｃ６．変形例６：
上記実施例では、セル電圧検出装置６０、すなわち、演算装置６２、および、無線通信装置６３は、燃料電池スタック１００を電源として動作するものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、基板６１上に、さらに、一次電池や、二次電池を設置し、これを電源として、演算装置６２や、無線通信装置６３が動作するようにしてもよい。こうすることによって、外部電源を用意することなく、セル電圧検出装置を動作させることができる。なお、セル電圧検出装置６０を、外部電源を用いて動作させるようにしてもよい。

Ｃ７．変形例７：
上記実施例では、セル電圧検出装置６０において、セル電圧検出用端子６４以外の部位は、絶縁性を有する皮膜によってコーティングされているものとしたが、これを省略してもよい。ただし、セル電圧検出用端子６４以外の部位を、絶縁性を有する皮膜によってコーティングすることによって、先に説明したように、基板６１上における結露によるセル電圧検出装置６０の故障や、セル電圧検出装置６０の動作時の発火を防止することができる。

本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。 セル電圧検出装置６０の構成を示す説明図である。 燃料電池スタック１００に設けられた挿入部４８に、セル電圧検出装置６０を挿入したときの様子を示す説明図である。

符号の説明

１００…燃料電池スタック
１０ａ，１０ｂ…エンドプレート
１２Ａｉ…空気供給口
１２Ａｏ…カソードオフガス排出口
１２Ｂｏ…カソードオフガス排出口
１２Ｃｏ…カソードオフガス排出口
１４ｉ…水素供給口
１４ｏ…アノードオフガス排出口
１６ｉ…冷却水供給口
１６ｏ…冷却水排出口
２０ａ，２０ｂ…絶縁板
３０ａ，３０ｂ…集電板
３２ａ，３２ｂ…出力端子
４０…燃料電池モジュール
４１…セパレータ
４１２Ｂｏ，４１２Ｃｏ…貫通孔
４１８…切り欠き部
４２…膜電極接合体ユニット
４２２Ｂｏ，４２２Ｃｏ…貫通孔
４２８…切り欠き部
４８…挿入部
５０…ロッド部材
５２…ボルト
６０…セル電圧検出装置
６１…基板
６２…演算装置
６３…無線通信装置
６４…セル電圧検出用端子
６５，６６…配線
６７…凸部
６８…凹部
２００…制御装置
２１０…セル電圧監視部

Claims (10)

1. 電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータを介在させて複数積層した燃料電池スタックであって、
   前記アノードと前記カソードとの間のセル電圧を検出するためのセル電圧検出装置であって、絶縁性を有する基板と、該基板上に設置され、複数の前記セパレータとそれぞれ当接する複数のセル電圧検出用端子と、前記基板上に設置され、前記セル電圧検出用端子によって検出された前記複数のセパレータ間の電圧に基づいて、所定の演算処理を実行する演算装置と、前記基板に形成され、前記複数のセル電圧検出用端子と前記演算装置とをそれぞれ接続する複数の配線と、を備えるセル電圧検出装置と、
   前記膜電極接合体、および、前記セパレータの積層方向に対して略平行な側面に形成され、前記複数のセル電圧検出用端子と前記複数のセパレータとがそれぞれ当接するように、前記セル電圧検出装置を挿入するための挿入部と、
   を備える燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックであって、
   複数の前記膜電極接合体、および、前記複数のセパレータは、所定の締結部材によって締結されているとともに、前記燃料電池スタックにおける前記複数の膜電極接合体、および、前記複数のセパレータの積層方向の寸法が規定されている、燃料電池スタック。
3. 請求項１または２記載の燃料電池スタックであって、
   前記セル電圧検出装置は、さらに、前記基板上に設置され、前記演算装置による前記演算処理によって生成された前記セル電圧に関する情報を、無線通信によってセル電圧監視装置に送信する無線通信装置を備える、燃料電池スタック。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
   前記セル電圧検出装置の前記セパレータと当接する少なくとも一方の表面における一部の領域には、凹部、および、凸部が形成されており、
   前記挿入部は、前記セル電圧検出装置に形成された前記凹部、および、前記凸部とそれぞれ係合する凸部、および、凹部を有する、燃料電池スタック。
5. 請求項４記載の燃料電池スタックであって、
   前記挿入部における凸部は、前記複数のセパレータのそれぞれに形成された切り欠き部によって構成され、
   前記挿入部における凹部は、前記複数の膜電極接合体の周囲に配置されたフレーム部材のそれぞれに形成された切り欠き部によって構成される、燃料電池スタック。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
   前記セル電圧検出装置の前記挿入部への挿入方向の長さは、前記挿入部の深さ以下である、燃料電池スタック。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、さらに、
   前記セル電圧検出装置を、前記燃料電池スタックに固定する固定部を備える、燃料電池スタック。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
   前記セル電圧検出装置は、前記燃料電池スタックを電源として動作する、燃料電池スタック。
9. 請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
   前記セル電圧検出装置は、さらに、
   前記基板上に設けられ、前記セル電圧検出装置を動作させる電源として、二次電池を備える、燃料電池スタック。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
    前記セル電圧検出装置における前記セル電圧検出用端子以外の部位は、絶縁性部材によって被覆されている、燃料電池スタック。

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