JP2009218092A - 燃料電池システムおよび燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、部品点数を抑制しつつ、端部セルを加熱することができる燃料電池システムおよび燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】 本発明に係る燃料電池システム（２００）は、１以上のセルが積層された積層体（２０）と、セルの積層方向において積層体の少なくとも一方の端部に配置されかつ面内の導電率に異方性を有する集電板（３０，４０）と、を備える燃料電池スタック（１０）と、集電板における電流方向を選択可能な選択手段（１１０，１４０）と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムによれば、集電板がヒータとしての機能を兼ねることから、ヒータを設けることなく、端部セルを加熱することができる。それにより、部品点数を抑制しつつ、端部セルを加熱することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池スタックに関する。

燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。

このような燃料電池（セル）を少なくとも１つ以上備える燃料電池スタックにおいて、発電時に集電板の端部セルの温度が端部セル以外のセルの温度に比較して低温になることがある。この場合、端部セルにフラッディング（凝縮水による反応ガス流路の水詰まり）が生じるおそれがある。そこで、端部セルの温度を上昇させるための技術開発が行われている。

特許文献１においては、フィルムヒータ等の発熱体がインシュレータとエンドプレートとの間に配置された燃料電池システムが開示されている。特許文献２においては、絶縁材の中に加熱用合金線等が埋め込まれた発熱板が集電板と端部セルとの間に配置された燃料電池スタックが開示されている。特許文献３においては、電気を流すことによって発熱する発熱板が集電板とインシュレータとの間に配置された燃料電池スタックが開示されている。特許文献１〜特許文献３のいずれの技術においても、発熱体または発熱板を発熱させることによって、端部セルを加熱することができる。

特表２００６−５１３５３４号公報 特開２００６−１７２９６７号公報 特開２００３−４５４６２号公報

しかしながら、特許文献１〜特許文献３に係る技術では、端部セルを加熱させるための発熱体をさらに備える必要がある。この場合、部品点数が多くなってしまう。

本発明は、部品点数を抑制しつつ、端部セルを加熱することができる燃料電池システムおよび燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池システムは、１以上のセルが積層された積層体と、セルの積層方向において積層体の少なくとも一方の端部に配置されかつ面内の導電率に異方性を有する集電板と、を備える燃料電池スタックと、集電板における電流方向を選択可能な選択手段と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムによれば、選択手段が集電板の導電率の低い方向を電流方向に選択することによって、集電板を発熱させることができる。したがって、集電板がヒータとしての機能を兼ねることから、ヒータを設けることなく、端部セルを加熱することができる。それにより、部品点数を抑制しつつ、端部セルを加熱することができる。

上記構成において、集電板は、面内の第１の方向において第２の方向より低い導電率を有し、第１の方向に積層体の発電電流を流すための第１端子と、第２の方向に積層体の発電電流を流すための第２端子と、を備え、選択手段は、第１端子および第２端子のいずれかを選択することによって電流方向を選択してもよい。この構成によれば、第１端子を選択した場合には、集電板を発熱させて、端部セルを加熱することができる。また、第２端子を選択した場合には、集電板の発熱は抑制されることから、無駄な電力消費が抑制される。

上記構成において、選択手段は、燃料電池スタックの起動時に第１端子を選択してもよい。この構成によれば、起動時に燃料電池スタックを加熱することができる。それにより、効率良く燃料電池スタックの温度を上昇させることができる。

上記構成において、燃料電池スタックにおいて集電板側に配置された端部セルの温度を検出する温度検出手段をさらに備え、選択手段は、端部セルの温度が所望の温度以下である場合に、第１端子を選択してもよい。この構成によれば、第１端子を選択することにより、端部セルの温度を所望の温度に近づけることができる。

上記構成において、燃料電池スタックにおいて集電板側に配置された端部セルの温度と端部セル以外のいずれかのセルの温度との差を検出する温度差検出手段をさらに備え、選択手段は、温度差検出手段が検出する温度差が所定値以上である場合に、第１端子を選択してもよい。この構成によれば、第１端子を選択することにより、端部セルの温度と端部セル以外のいずれかのセルの温度との差を小さくすることができる。

上記構成において、集電板は、第１の方向と逆方向に積層体の発電電流を流すための第３端子を備え、選択手段は、第３端子を選択可能であってもよい。この場合、第１端子および第３端子の選択に応じて、集電板の面内温度分布を抑制することができる。

上記構成において、燃料電池スタックにおいて集電板側に配置された端部セルの第１端子側および第３端子側の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、選択手段は、第１端子側に比較して第３端子側の温度が低い場合に、第３端子を選択してもよい。この構成によれば、集電板側に配置された端部セルの第１端子側と第３端子側との温度差を小さくすることができる。

本発明に係る燃料電池スタックは、１以上のセルが積層された積層体と、セルの積層方向において積層体の少なくとも一方の端部に配置された集電板と、を備え、集電板は、面内の第１の方向において第２の方向より低い導電率を有し、第１の方向に積層体の発電電流を流すための第１端子と、第２の方向に積層体の発電電流を流すための第２端子と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池スタックによれば、集電板の面内の第１の方向の導電率は第２の方向の導電率に比較して低いことから、第１端子を電流端子として用いた場合には、集電板が発熱する。したがって、集電板がヒータとしての機能を兼ねることから、ヒータを設けることなく、端部セルを加熱することができる。それにより、部品点数を抑制しつつ、端部セルを加熱することができる。

上記構成において、集電板は、高導電率部と低導電率部との配置箇所に基づいて、導電率に異方性を有していてもよい。上記構成において、低導電率部は、第１の方向および第２の方向のいずれか一方に沿って長手方向を有していてもよい。上記構成において、高導電率部は、金、銀、銅またはアルミニウムからなってもよい。上記構成において、低導電率部は、チタン、ステンレス、樹脂または空間であってもよい。

本発明によれば、部品点数を抑制しつつ、端部セルを加熱することができる燃料電池システムおよび燃料電池スタックを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明の実施例１に係る燃料電池システム２００について説明する。図１は、実施例１に係る燃料電池システム２００の模式図である。燃料電池システム２００は、燃料電池スタック１０と、第１回路１００と、第２回路１０２と、温度センサ１３０と、温度センサ１３２と、制御装置１４０と、を備える。

燃料電池スタック１０は、１以上のセルが積層された積層体２０と、積層体２０の端部のそれぞれに配置された集電板３０および集電板４０と、集電板３０および集電板４０の積層体２０と反対側にそれぞれ配置されたインシュレータ６０およびインシュレータ７０と、インシュレータ６０およびインシュレータ７０の集電板と反対側にそれぞれ配置されたエンドプレート８０およびエンドプレート９０と、を備える。なお、本実施例においては、積層体２０は複数のセルが積層されて構成されている。

セルは、電解質膜（図示せず）と、カソード電極（図示せず）と、アノード電極（図示せず）と、を備える燃料電池である。本実施例においては、各セルは矩形状を有する。セルの種類は特に限定されず、例えば、固体高分子型燃料電池でもよく、固体酸化物型燃料電池でもよい。セルには、燃料ガス供給部（図示せず）から燃料ガスが供給され、酸化剤ガス供給部（図示せず）から酸化剤ガスが供給される。それにより、セルにおいて発電が行われる。

集電板３０および集電板４０は、発電電流を外部に取り出す機能を有する。本実施例においては、集電板３０はカソード側に接続され、集電板４０はアノード側に接続されている。集電板３０の周縁部には、第１端子３１と第２端子３２とが配置されている。集電板４０の周縁部には、第１端子４１と第２端子４２とが配置されている。集電板３０および集電板４０の詳細については後述する。

インシュレータ６０およびインシュレータ７０は、ゴム、樹脂等の絶縁体からなる。インシュレータ６０は、集電板３０とエンドプレート８０とを絶縁する。インシュレータ７０は、集電板４０とエンドプレート９０とを絶縁する。エンドプレート８０およびエンドプレート９０は、鋼等の剛性材料からなる。エンドプレート８０およびエンドプレート９０は、シャフト等を介してインシュレータ６０，７０、集電板３０，４０および積層体２０に締結力を与える。

第１回路１００は、第１端子３１、切替スイッチ１１０、負荷１２０および第１端子４１を経由する回路を形成する。第２回路１０２は、第２端子３２、切替スイッチ１１０、負荷１２０および第２端子４２を経由する回路を形成する。切替スイッチ１１０は、制御装置１４０の指示を受けて、第１回路１００および第２回路１０２のいずれか一つを導通状態にする。

導通状態となった回路においては、積層体２０の発電によって生じた発電電流が、カソード側の集電板３０側から回路を通って負荷１２０に供給される。負荷１２０は、供給された発電電流によって仕事をする。負荷１２０に供給された発電電流は、その後、回路を通ってアノード側の集電板４０に供給される。なお、負荷１２０としては、モータ、補機等が用いられる。

温度センサ１３０は、集電板３０側または集電板４０側に配置された端部セルの温度を検出し、検出結果を制御装置１４０に伝える。本実施例においては、温度センサ１３０は、集電板３０側に配置された端部セルの温度（Ｔｅ）を検出し、検出結果を制御装置１４０に伝える。それにより、制御装置１４０は集電板３０側に配置された端部セルの温度を取得することができる。温度センサ１３２は、積層体２０の端部セル以外のいずれかのセルの温度を検出する。本実施例においては、温度センサ１３２は、積層体２０の中央近傍のセルである中央セルの温度（Ｔｃ）を検出し、検出結果を制御装置１４０に伝える。それにより、制御装置１４０は中央セルの温度を取得することができる。

また、制御装置１４０は、温度センサ１３２の検出結果と温度センサ１３０の検出結果とから、中央セルの温度と端部セルの温度との差を取得することができる。温度センサ１３０および温度センサ１３２はそれぞれ、例えば、積層体２０の内部を流動する冷却水の温度に基づいて、端部セルの温度および中央セルの温度を検出する。

制御装置１４０は、切替スイッチ１１０を制御するマイクロコンピュータである。制御装置１４０は、演算部としてのＣＰＵ１４２（中央演算処理装置）と、不揮発記憶部としてのＲＯＭ１４４（リードオンリメモリ）と、揮発記録部としてのＲＡＭ１４６（ランダムアクセスメモリ）と、を備えている。制御装置１４０は、温度センサ１３０および温度センサ１３２の検出結果に基づいて、切替スイッチ１１０を制御する。制御装置１４０の動作については、後述する。

続いて、集電板３０および集電板４０の詳細について説明する。図２（ａ）は、集電板３０をエンドプレート８０側から見た模式図である。図２（ｂ）は、集電板４０をエンドプレート９０側から見た模式図である。図２（ａ）に示すように、第１端子３１は、集電板３０のいずれか一辺に設けられており、それに隣接するいずれかの辺に第２端子３２が設けられている。第１端子３１と反対側の辺において第１端子３１に対応する位置から、第１端子３１に向かう方向を方向Ｘ１と称する。また、第２端子３２と反対側の辺において第２端子３２に対応する位置から、第２端子３２に向かう方向を、方向Ｙ１と称する。第１端子３１は、積層体２０の発電電流を方向Ｘ１の方向に流すための端子である。第２端子３２は、積層体２０の発電電流を方向Ｙ１の方向に流すための端子である。

図２（ｂ）に示すように、集電板４０において第１端子３１に対応する位置に第１端子４１が設けられており、第２端子３２に対応する位置に第２端子４２が設けられている。第１端子４１から、第１端子４１と反対側の辺において第１端子４１に対応する位置に向かう方向を、方向Ｘ２と称する。また、第２端子４２から、第２端子４２と反対側の辺において第２端子４２に対応する位置に向かう方向を、方向Ｙ２と称する。第１端子４１は、積層体２０の発電電流を方向Ｘ２に流すための端子である。第２端子４２は、積層体２０の発電電流を方向Ｙ２に流すための端子である。

制御装置１４０によって第１端子３１，４１が選択されると、切替スイッチ１１０によって第１回路１００が導通状態とされ、集電板３０においては方向Ｘ１に電流が流れ、集電板４０においては方向Ｘ２に電流が流れる。

一方、制御装置１４０によって第２端子３２，４２が選択されると、切替スイッチ１１０によって第２回路１０２が導通状態とされ、集電板３０においては方向Ｙ１に電流が流れ、集電板４０においては方向Ｙ２に電流が流れる。つまり、集電板３０および集電板４０がそれぞれ第１端子３１および第２端子３２ならびに第１端子４１および第２端子４２を備えることにより、集電板３０，４０における電流方向を選択することが可能となる。

また、集電板３０の面内には、低導電率部５０および高導電率部５２が、面内の導電率に異方性を有するように配置されている。本実施例においては、高導電率部５２からなる板に、１以上の低導電率部５０が方向Ｙ１に伸びるように配置されている。図２（ａ）に示すように、低導電率部５０は、方向Ｙ１の途中で途切れていてもよい。

集電板３０においては、低導電率部５０が方向Ｙ１に沿って伸びていることから、方向Ｙ１においては低導電率部５０が障壁になりにくい。この場合、方向Ｙ１においては集電板３０の導電率は大きくなる。その結果、第２端子３２を電流端子として用いた場合には、集電板３０は集電体として機能する。一方、方向Ｘ１においては、低導電率部５０が発電電流の障壁となる。この場合、方向Ｘ１においては集電板３０の導電率は小さくなる。その結果、第１端子３１を電流端子として用いた場合には、集電板３０は集電体およびヒータとして機能する。このように、集電板３０は、集電体として機能するとともに、ヒータとしても機能する。その結果、集電板およびヒータを個別に設ける場合に比較して、部品点数を抑制することができる。

図２（ｂ）に示すように、集電板４０においても集電板３０と同様に、低導電率部５０および高導電率部５２が配置されている。それにより、第２端子４２を電流端子として用いた場合には集電板４０は集電体として機能し、第１端子４１を電流端子として用いた場合には集電板４０は集電体およびヒータとして機能する。

なお、高導電率部５２は、低導電率部５０に比較して高い導電率を有する物質を主成分とする材料からなる。例えば高導電率部５２は、金、銀、銅またはアルミニウム等を主成分とする材料からなる。なお、高導電率部５２が金以外を主成分とする材料からなる場合には、導電率をさらに向上させるために、高導電率部５２には金メッキが施されていてもよい。

低導電率部５０は、高導電率部５２に比較して低い導電率を有する物質を主成分とする材料からなる。例えば低導電率部５０は、チタン、ＳＵＳ等の金属を主成分とする材料からなる。あるいは、低導電率部５０は、チタン、ＳＵＳ等の金属と樹脂とが混合された複合材料からなるものであってもよい。また、低導電率部５０は、樹脂等の絶縁体からなるものであってもよい。また、低導電率部５０は、空洞であってもよい。この場合、低導電率部５０は、絶縁体となる。

続いて、制御装置１４０の動作について説明する。図３は、制御装置１４０の動作の一例を示すフローチャートである。まず、制御装置１４０は、燃料電池スタック１０の起動時には、第１回路１００が導通するように切替スイッチ１１０を制御する。この場合、集電板３０，４０がヒータとして機能する。それにより、効率よく燃料電池スタック１０の温度を上昇させることができる。

次いで、制御装置１４０は、燃料電池スタック１０の温度が所定温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、燃料電池スタック１０の温度が所定温度以上であると判定された場合には、制御装置１４０は、第２回路１０２が導通するように切替スイッチ１１０を制御する（ステップＳ２）。この場合、集電板３０，４０における発熱が抑制されるため、無駄な電力消費を抑制することができる。次いで、制御装置１４０は、フローチャートの実行を終了する。一方、ステップＳ１において、燃料電池スタック１０の温度が所定温度以上であると判定されなかった場合には、制御装置１４０は、ステップＳ１を再度実行する。なお、燃料電池スタック１０の温度は、温度センサ１３０，１３２に検出結果に基づいて得ることができる。

また、制御装置１４０は、燃料電池スタック１０の起動時以外においても切替スイッチ１１０を制御してもよい。図４は、制御装置１４０の動作の他の例を示すフローチャートである。まず、制御装置１４０は、燃料電池スタック１０の発電中に、温度センサ１３２の検出結果（Ｔｃ）と温度センサ１３０の検出結果（Ｔｅ）との差が第１所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。

ここで、端部セルは、積層体２０の端部にあることから、端部セル以外のセルに比較して放熱し易い。それにより端部セルの温度は、端部セル以外のセルの温度に比較して低くなりやすい。端部セルの温度が端部セル以外のセルの温度に比較して低くなると、端部セルにフラッディングが生じるおそれがある。そこで、ステップＳ１０の第１所定値としては、例えば、端部セルにフラッディングが生じ易いと考えられる中央セルと端部セルとの温度差を用いればよい。端部セルにフラッディングが生じ易い温度差は、あらかじめ実験等によって求めておけばよい。

ステップＳ１０において温度センサ１３２の検出結果と温度センサ１３０の検出結果との差が第１所定値以上であると判定された場合には、制御装置１４０は、第１回路１００が導通するように切替スイッチ１１０を制御する（ステップＳ２０）。この場合、集電板３０，４０はヒータとして機能する。その結果、端部セルが加熱される。次いで、制御装置１４０は、ステップＳ１０を再実行する。

一方、ステップＳ１０において温度センサ１３２の検出結果と温度センサ１３０の検出結果との差が第１所定値以上であると判定されなかった場合には、制御装置１４０は、第２回路１０２が導通するように、切替スイッチ１１０を制御する（ステップＳ３０）。この場合、集電板３０，４０における発熱が抑制される。それにより、無駄な電力消費が抑制される。次いで、制御装置１４０は、フローチャートの実行を終了する。

図４のフローチャートに従えば、端部セルの温度を中央セルの温度に近づけることができる。その結果、端部セルにおけるフラッディングの発生を抑制することができる。

なお、本実施例において、集電板３０および集電板４０の両方が面内の導電率に異方性を有しているが、これに限られない。集電板３０および集電板４０の少なくとも一方が面内の導電率に異方性を有していればよい。この場合においても、面内の導電率に異方性を有する集電板はヒータとしての機能を兼ねることができる。

また、燃料電池システム２００は、集電板４０側の端部セルの温度を検出する温度センサをさらに備えていてもよい。この場合、制御装置１４０は、集電板４０側の端部セルの温度センサの検出結果と温度センサ１３０の検出結果と温度センサ１３２の検出結果とに基づいて、中央セルの温度と端部セルの温度との温度差を取得してもよい。また、温度センサ１３２は、端部セル以外のセルの温度を検出するのであれば、中央セル以外のセルの温度を検出してもよい。

また、制御装置１４０は、図４のステップＳ１０の代わりに、温度センサ１３０の検出結果が所望の温度以下であるか否かを判定するステップを実行してもよい。所望の温度としては、例えば、端部セルにフラッディングが生じ易い温度を用いることができる。この場合、温度センサ１３０の検出結果が所望の温度以下であると判定された場合には、制御装置１４０はステップＳ２０を実行する。一方、温度センサ１３０の検出結果が所望の温度以下であると判定されなかった場合には、制御装置１４０はステップＳ３０を実行する。この構成においても、端部セルの温度が所望の温度以下の場合には、端部セルを加熱して端部セルの温度を所望の温度に近づけることができる。その結果、端部セルにおけるフラッディングの発生を抑制することができる。

（変形例１）
図５（ａ）は、集電板３０の他の例である集電板３０ａを示す模式図である。集電板３０ａは、低導電率部５０の配置形態が異なる点において、集電板３０と異なる。その他の構成は、集電板３０と同様のため、説明を省略する。

図５（ａ）に示すように、１以上の低導電率部５０が、集電板３０ａの方向Ｙ１の一端から他端にかけて伸びるように配置されている。この場合、方向Ｙ１においては低導電率部５０が障壁になりにくいことから、方向Ｙ１においては集電板３０ａの導電率は大きくなる。その結果、第２端子３２を電流端子として用いた場合には、集電板３０ａは集電体として機能する。一方、方向Ｘ１においては、低導電率部５０が発電電流の障壁となることから、方向Ｘ１においては集電板３０ａの導電率は小さくなる。その結果、第１端子３１を電流端子として用いた場合には、集電板３０ａは集電体およびヒータとして機能する。このように、集電板３０ａは、集電体として機能するとともに、ヒータとしても機能する。その結果、集電板およびヒータを個別に設ける場合に比較して、部品点数を抑制することができる。

集電板４０においても集電板３０ａと同様に、低導電率部５０および高導電率部５２を配置してもよい。

（変形例２）
図５（ｂ）は、集電板３０ａの他の例である集電板３０ｂを示す模式図である。本変形例においては、配置箇所に応じて低導電率部５０の面積が異なっている。例えば、図５（ｂ）に示すように、方向Ｘ１において、第１端子３１側においては低導電率部５０の割合を大きく設定し、第１端子３１と反対側においては高導電率部５２の割合を大きく設定してもよい。この場合、第１端子３１側における発熱量が多くなる。したがって、フラッディングが発生しやすい側に第１端子３１を設けることによって、フラッディングを効率よく抑制することができる。集電板４０においても、低導電率部５０の面積を変更することによって、発熱量に分布を持たせることができる。

（変形例３）
図６（ａ）は、集電板３０の他の例である集電板３０ｃを示す模式図である。集電板３０ｃは、低導電率部５０の代わりに低導電率部５４を備える点において、集電板３０と異なる。その他の構成は、集電板３０と同様のため、説明を省略する。

低導電率部５４は、空洞、樹脂等の絶縁体である。集電板３０ｃにおいて、方向Ｘ１に電流が流れる場合には、電流は低導電率部５４が途切れる領域５６に集中する。その結果、領域５６において集中して発熱する。したがって、フラッディングが発生しやすい側に領域５６を配置することによって、フラッディングを効率よく抑制することができる。集電板４０においても、フラッディングが発生しやすい側に領域５６を配置することによって、フラッディングを効率よく抑制することができる。

（変形例４）
図６（ｂ）は、集電板３０ｃの他の例である集電板３０ｄを示す模式図である。図６（ｂ）に示すように、各低導電率部５４が途切れる箇所は、方向Ｘ１において並んでいなくてもよい。この場合においても、低導電率部５４が途切れる箇所に発電電流が集中する。

実施例１および各変形例において、切替スイッチ１１０および制御装置１４０は選択手段に相当し、温度センサ１３０は温度検出手段に相当し、温度センサ１３０および温度センサ１３２は温度差検出手段に相当し、方向Ｘ１および方向Ｘ２は第１の方向に相当し、方向Ｙ１および方向Ｙ２は第２の方向に相当する。

続いて、本発明の実施例２に係る燃料電池システム２００ｅについて説明する。図７は、本実施例に係る燃料電池システム２００ｅの模式図である。燃料電池システム２００ｅは、燃料電池スタック１０の代わりに燃料電池スタック１０ｅを備える点と、第３回路１０４をさらに備える点と、温度センサ１３０の代わりに温度センサ１３０ｅを備える点と、温度センサ１３４をさらに備える点と、において図１に示す燃料電池システム２００と異なる。その他の構成は、図１に示す燃料電池システム２００と同様のため、説明を省略する。

燃料電池スタック１０ｅは、集電板３０および集電板４０の代わりに、それぞれ集電板３０ｅおよび集電板４０ｅを備える点において、図１に示す燃料電池スタック１０と異なる。その他の構成は、燃料電池スタック１０と同様のため、説明を省略する。集電板３０ｅおよび集電板４０ｅは、それぞれ第３端子３３および第３端子４３を備える点において、図１に示す集電板３０および集電板４０と異なる。集電板３０ｅおよび集電板４０ｅの詳細は後述する。

第３回路１０４は、第３端子３３、切替スイッチ１１０ｅ、負荷１２０および第３端子４３を経由する回路を形成する。切替スイッチ１１０ｅは、制御装置１４０の指示を受けて、第１回路１００、第２回路１０２および第３回路１０４のいずれか一つを導通状態にする。

温度センサ１３０ｅは、積層体２０の集電板３０ｅ側の端部セルのさらに第１端子３１側の温度（Ｔｅ１）を検出し、検出結果を制御装置１４０に伝える。温度センサ１３４は、積層体２０の集電板３０ｅ側の端部セルのさらに第３端子３３側の温度（Ｔｅ２）を検出し、検出結果を制御装置１４０に伝える。

図８（ａ）および図８（ｂ）はそれぞれ、本実施例に係る集電板３０ｅおよび集電板４０ｅの模式図である。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、集電板３０ｅおよび集電板４０ｅは、それぞれ方向Ｘ１および方向Ｘ２の逆方向の周縁部に第３端子３３および第３端子４３をさらに備える。第３端子３３は、積層体２０の発電電流を方向Ｘ１と反対方向に流すための端子である。第３端子４３は、積層体２０の発電電流を方向Ｘ２と反対方向に流すための端子である。その他の構成は、集電板３０および集電板４０と同様のため説明を省略する。

集電板３０ｅにおいて、方向Ｘ１に電流が流れる場合には、第１端子３１側の電流密度が上昇する。この場合、集電板３０ｅの第１端子３１側の発熱量が多くなる。一方、方向Ｘ１と反対方向に電流が流れる場合には、第３端子３３側の電流密度が上昇する。この場合、集電板３０ｅの第３端子３３側の発熱量が多くなる。

また、集電板４０ｅにおいて、方向Ｘ２に電流が流れる場合には、第１端子４１側の電流密度が上昇する。この場合、集電板４０ｅの第１端子４１側の発熱量が多くなる。一方、方向Ｘ２と反対方向に電流が流れる場合には、第３端子４３側の電流密度が上昇する。この場合、集電板４０ｅの第３端子４３側の発熱量が多くなる。

以上のことから、集電板３０ｅ，４０ｅを用いることによって、集電板３０ｅ，４０ｅの面内において温度分布が生じた場合に、端子の切替によって温度分布を低減させることができる。

図９は、本実施例に係る燃料電池システム２００ｅの制御装置１４０の動作の一例を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、ステップＳ１０の代わりにステップＳ１０ｅを備える点と、ステップＳ１１とステップＳ１２とをさらに備える点と、において、図４に示すフローチャートと異なる。その他の構成は、図４に示すフローチャートと同様のため、説明を省略する。

ステップＳ１０ｅにおいて、制御装置１４０は、温度センサ１３２の検出結果（Ｔｃ）と温度センサ１３０ｅの検出結果（Ｔｅ１）との差が第１所定値以上であるか否かの判定を行う。第１所定値としては、例えば、端部セルにフラッディングが生じ易い温度を用いることができる。

ステップＳ１０ｅにおいて温度センサ１３２の検出結果と温度センサ１３０ｅの検出結果との差が第１所定値以上であると判定されなかった場合には、制御装置１４０はステップＳ３０を実行する。

一方、ステップＳ１０ｅにおいて温度センサ１３２の検出結果と温度センサ１３０ｅの検出結果との差が第１所定値以上であると判定された場合には、制御装置１４０は、温度センサ１３４の検出結果（Ｔｅ２）と温度センサ１３０ｅの検出結果（Ｔｅ１）との差が第２所定値以上であるか否かの判定を行う（ステップＳ１１）。第２所定値としては、例えば、端部セルにフラッディングが生じ易い温度を用いることができる。

ステップＳ１１において温度センサ１３４の検出結果と温度センサ１３０ｅの検出結果との差が第２所定値以上であると判定された場合には、制御装置１４０は第１回路１００が導通するように切替スイッチ１１０ｅを制御する（ステップＳ２０）。それにより、集電板３０ｅの方向Ｘ１に電流が流れ、集電板４０ｅの方向Ｘ２に電流が流れる。その結果、集電板３０ｅの第１端子３１側および集電板４０ｅの第１端子４１側の温度が上昇する。それにより、端部セルの第１端子３１，４１側と第３端子３３，４３側との温度差を小さくすることができる。ステップＳ２０の実行後、制御装置１４０はステップＳ１０ｅを再度実行する。

一方、ステップＳ１１において温度センサ１３４の検出結果と温度センサ１３０ｅの検出結果との差が第２所定値以上であると判定されなかった場合には、制御装置１４０は第３回路１０４が導通となるように切替スイッチ１１０ｅを制御する（ステップＳ１２）。それにより、集電板３０ｅの方向Ｘ１の反対方向および集電板４０ｅの方向Ｘ２と反対方向に電流が流れることから、集電板３０ｅの第３端子３３側および集電板４０ｅの第３端子４３側の温度が上昇する。それにより、端部セルの第１端子３１，４１側と第３端子３３，４３側との温度差を小さくすることができる。ステップＳ１２の実行後、制御装置１４０はステップＳ１０ｅを再度実行する。

なお、本実施例の図９のステップＳ１０ｅにおいて、制御装置１４０は、温度センサ１３０ｅの検出結果（Ｔｅ１）の代わりに温度センサ１３４の検出結果（Ｔｅ２）を用いてもよい。

また、温度センサ１３０ｅおよび温度センサ１３４は、集電板３０ｅ側の端部セルの温度の代わりに、集電板４０ｅ側の端部セルの温度を検出してもよい。また、燃料電池システム２００ｅは、温度センサ１３０ｅおよび温度センサ１３４の他に、集電板４０ｅ側の端部セルのさらに第１端子４１側および第３端子４３側の温度を検出する温度センサをさらに備えていてもよい。この場合、制御装置１４０は、中央セルの温度と集電板３０ｅ側の端部セルの温度と集電板４０ｅ側の端部セルの温度とに基づいて、第１端子３１，４１、第２端子３２，４２および第３端子３３，４３を選択する。

また、本実施例に係る集電板３０ｅおよび集電板４０ｅは、それぞれ実施例１の各変形例に係る集電板に、第３端子３３および第３端子４３が配置されたものであってもよい。

実施例２において、切替スイッチ１１０ｅおよび制御装置１４０は選択手段に相当し、温度センサ１３０ｅ、温度センサ１３４は温度検出手段に相当し、温度センサ１３０ｅ、温度センサ１３２および温度センサ１３４は温度差検出手段に相当し、方向Ｘ１および方向Ｘ２は第１の方向に相当し、方向Ｙ１および方向Ｙ２は第２の方向に相当する。

図１は、実施例１に係る燃料電池システムの模式図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は、集電板をエンドプレート側から見た模式図である。 図３は、実施例１に係る制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、実施例１に係る制御装置の動作の他の例を示すフローチャートである。 図５（ａ）は、実施例１の変形例１に係る集電板の模式図である。図５（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る集電板の模式図である。 図６（ａ）は、実施例１の変形例３に係る集電板の模式図である。図６（ｂ）は、実施例１の変形例４に係る集電板の模式図である。 図７は、実施例２に係る燃料電池システムの模式図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例２に係る集電板の模式図である。 図９は、実施例２に係る制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 燃料電池スタック
２０ 積層体
３０，４０ 集電板
６０，７０ インシュレータ
８０，９０ エンドプレート
１００ 第１回路
１０２ 第２回路
１０４ 第３回路
１１０ 切替スイッチ
１２０ 負荷
１４０ 制御装置
１３０，１３２，１３４ 温度センサ
３１，４１ 第１端子
３２，４２ 第２端子
３３，４３ 第３端子
５０，５４ 低導電率部
５２ 高導電率部
２００ 燃料電池システム

Claims (12)

1. １以上のセルが積層された積層体と、前記セルの積層方向において前記積層体の少なくとも一方の端部に配置されかつ面内の導電率に異方性を有する集電板と、を備える燃料電池スタックと、
   前記集電板における電流方向を選択可能な選択手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記集電板は、面内の第１の方向において第２の方向より低い導電率を有し、前記第１の方向に前記積層体の発電電流を流すための第１端子と、前記第２の方向に前記積層体の発電電流を流すための第２端子と、を備え、
   前記選択手段は、前記第１端子および前記第２端子のいずれかを選択することによって電流方向を選択することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記選択手段は、前記燃料電池スタックの起動時に前記第１端子を選択することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池スタックにおいて前記集電板側に配置された端部セルの温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記選択手段は、前記端部セルの温度が所望の温度以下である場合に、前記第１端子を選択することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料電池スタックにおいて前記集電板側に配置された端部セルの温度と前記端部セル以外のいずれかのセルの温度との差を検出する温度差検出手段をさらに備え、
   前記選択手段は、前記温度差検出手段が検出する温度差が所定値以上である場合に、前記第１端子を選択することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
6. 前記集電板は、前記第１の方向と逆方向に前記積層体の発電電流を流すための第３端子を備え、
   前記選択手段は、前記第３端子を選択可能であることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
7. 前記燃料電池スタックにおいて前記集電板側に配置された端部セルの前記第１端子側および前記第３端子側の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記選択手段は、前記第１端子側に比較して前記第３端子側の温度が低い場合に、前記第３端子を選択することを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
8. １以上のセルが積層された積層体と、
   前記セルの積層方向において前記積層体の少なくとも一方の端部に配置された集電板と、を備え、
   前記集電板は、面内の第１の方向において第２の方向より低い導電率を有し、前記第１の方向に前記積層体の発電電流を流すための第１端子と、前記第２の方向に前記積層体の発電電流を流すための第２端子と、を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
9. 前記集電板は、高導電率部と低導電率部との配置箇所に基づいて、導電率に異方性を有することを特徴とすることを特徴とする請求項８記載の燃料電池スタック。
10. 前記低導電率部は、前記第１の方向および前記第２の方向のいずれか一方に沿って長手方向を有することを特徴とすることを特徴とする請求項８または９記載の燃料電池スタック。
11. 前記高導電率部は、金、銀、銅またはアルミニウムからなることを特徴とすることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の燃料電池スタック。
12. 前記低導電率部は、チタン、ステンレス、樹脂または空間であることを特徴とすることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の燃料電池スタック。

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