JP2009277380A

JP2009277380A - 燃料電池及び燃料電池システム

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Publication number: JP2009277380A
Application number: JP2008125074A
Authority: JP
Inventors: Goji Katano; 剛司片野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2028-05-12
Also published as: JP5217610B2

Abstract

【課題】燃料電池の製造コストや設置コストを抑制し、かつ、燃料電池の設置場所の自由度を高くすることが可能な技術を提供する。
【解決手段】燃料電池は、積層された複数のセルモジュールと、複数のセルモジュールの積層体の一端に位置する第１の電極ターミナルと、積層体の他端に位置し第１の電極ターミナルと異なる極性の第２の電極ターミナルと、燃料電池において第１の電極ターミナルと同じ側の端に位置し第１の電極ターミナルと同じ極性の第１の接続端子と、燃料電池において第１の電極ターミナルと同じ側の端に位置し第２の電極ターミナルと同じ極性の第２の接続端子と、第２の電極ターミナルと第２の接続端子との間を導通する導電部材と、積層体において積層体の積層方向に沿って形成された導電部材を収容する収容部とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の出力配線に関する。

固体高分子電解質膜を一対のセパレータで挟んだ構成のセルモジュールを複数積層して構成された燃料電池が知られている。このような燃料電池として、各セルモジュールにおける電気化学反応によって生じた電力を、燃料電池の両端にそれぞれ配置された２つの電極（正極及び負極）から取り出すものが提案されている（下記特許文献１参照）。従来、このような構成の燃料電池では、各極（正極及び負極）の接続端子も各電極と同様に燃料電池の両端に位置していた。

特開２００４−７１２３０号公報

燃料電池の各極の接続端子が両端に位置する構成では、接続端子において用いられる部材（各極を防水するための防水コネクタ等）がそれぞれの極で必要となって燃料電池の製造コストの上昇を招いていた。また、この構成では、電力を受ける側（ＤＣ／ＤＣコンバータや、リレー等）において両極の接続端子が互いに近くに配置されていると、燃料電池と電力を受ける側とを電力ケーブル等で接続する際に、少なくとも一方の極について長い配線スペースを確保しなければならず燃料電池の設置箇所が制限されるおそれがあった。また、長い配線部分について衝突等による損傷から保護するための工夫が必要となり、燃料電池の設置コストの上昇を招くといった問題があった。

本発明は、燃料電池の製造コストや設置コストを抑え、かつ、燃料電池の設置場所の自由度を高くすることが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］燃料電池であって、積層された複数のセルモジュールと、前記複数のセルモジュールの積層体の一端に位置する第１の電極ターミナルと、前記積層体の他端に位置し、前記第１の電極ターミナルと異なる極性の第２の電極ターミナルと、前記燃料電池において前記第１の電極ターミナルと同じ側の端に位置し、前記第１の電極ターミナルと同じ極性の第１の接続端子と、前記燃料電池において前記第１の電極ターミナルと同じ側の端に位置し、前記第２の電極ターミナルと同じ極性の第２の接続端子と、前記第２の電極ターミナルと前記第２の接続端子との間を導通する導電部材と、前記積層体において前記積層体の積層方向に沿って形成された、前記導電部材を収容する収容部と、を備える、燃料電池。

適用例１の燃料電池では、第１の接続端子と第２の接続端子とは、いずれも燃料電池において第１の電極ターミナルと同じ側の端に位置するので、これら２つの接続端子について、防水コネクタの一体化や防水カバーの共用が可能となり、燃料電池の製造コストを抑えることができる。また、導電部材を、積層体において積層方向に沿って形成された収容部に収容するので、燃料電池の外部に導電部材を配置するためのスペースや配置用部材を必要とせず、燃料電池の設置コストを抑制すると共に燃料電池の設置場所の自由度を高くすることができる。

［適用例２］適用例１に記載の燃料電池において、前記収容部は、前記積層体を前記積層方向に沿って貫通するマニホールドである、燃料電池。

このようにすることで、導電部材を、積層体を貫通するマニホールド内に配置することができるので、衝突等による損傷から導電部材を保護することができる。また、例えば、燃料電池を車載した場合における走行風などの外部の冷気によって導電部材が直接冷やされることを抑制できる。したがって、導電部材の接続された第２の電極ターミナルを過剰に冷却することを抑制でき、第２の電極ターミナルに当接するセルモジュールにおいて生成水が凝縮してガス拡散性が低下することを抑制することができる。

［適用例３］適用例２に記載の燃料電池において、前記マニホールドは、冷却媒体を流通させるためのマニホールドである、燃料電池。

このようにすることで、積層体の内部に導電部材を配置するための特別なスペースを設けることを要さず、燃料電池の製造コストや設置コストを抑えることができる。また、導電部材を、冷却媒体を流通させるためのマニホールド内に配置することで、導電部材を比較的薄い構造とすることができ、導電部材を組み付け易くすると共に、当該マニホールドにおける冷却媒体の流通量の減少を抑えることができる。導電部材を比較的薄い構造とすることができるのは、以下の理由による。すなわち、導電部材を比較的薄い構造とした場合、導電部材における通電による発熱量は比較的大きくなる。しかしながら、導電部材を、冷却媒体によって冷却することができるので、発熱による導電部材の変形を抑制することができるからである。また、燃料電池を収容ケースで覆う構成とする場合、燃料電池の表面から比較的近い位置を覆うように収容ケースを配置することができるので、燃料電池と収容ケースとの間のスペースを比較的小さくすることができる。したがって、このスペースに存在する水分を比較的少なくすることができ、収容ケースの内部表面における結露を抑制することができる。

［適用例４］燃料電池システムであって、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池と、前記導電部材の断面積を調整する断面積調整部と、を備える、燃料電池システム。

適用例４の燃料電池システムでは、導電部材の断面積を変化させることで、導電部材の電気抵抗を変化させて導電部材における発熱量を変化させることができる。したがって、冷却媒体を流通させるためのマニホールド内の冷却媒体の温度を、導電部材の断面積を変化させることで調整することができる。

［適用例５］適用例４に記載の燃料電池システムであって、さらに、前記燃料電池の温度を取得する温度取得部を備え、前記断面積調整部は、前記燃料電池の温度が或る温度よりも低い場合には、前記導電部材の断面積を、前記或る温度における前記導電部材の断面積よりも小さくする、燃料電池システム。

このようにすることで、燃料電池の温度が低い場合には、導電部材の断面積を小さくして導電部材における発熱量を大きくすることができ、冷却媒体の温度を急速に上昇させることができる。また、燃料電池の温度が高い場合には、導電部材の断面積を大きくして導電部材における発熱量を小さくすることができ、冷却媒体の温度をゆっくり上昇させたり、同じ温度で維持したりすることができる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、上記燃料電池システムの機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、等の形態で実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ｂ．第２の実施例：
Ｃ．第３の実施例：
Ｄ．第４の実施例：
Ｅ．変形例：

Ａ．第１の実施例：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池の構成を示す説明図である。この燃料電池１００は、固体高分子形燃料電池であり、据え置いて用いたり、電気自動車（図示省略）に搭載して用いたりすることができる。燃料電池１００は、複数のセルモジュール２０を積層した積層体１０と、エンドプレート３０と、テンションプレート３１と、ボルト３２と、インシュレータ３３と、正極ターミナルプレート３４ａと、負極ターミナルプレート３４ｂと、防水コネクタ５１ａと、防水燃料電池ケースＣＳと、リレーＲＬとを備えている。

セルモジュール２０は、例えば、シール一体型の膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を１対のセパレータで挟持して構成することができる。積層体１０は、燃料電池１００の両端にそれぞれ配置されているインシュレータ３３とターミナルプレート（３４ａ又は３４ｂ）とエンドプレート３０とによって、挟持されている。各セルモジュール２０は、テンションプレート３１がボルト３２で各エンドプレート３０に結合されることによって、積層方向に所定の押圧力で締結されている。防水燃料電池ケースＣＳは、積層体１０を、表面から比較的近い位置で覆っている。正極ターミナルプレート３４ａは、積層体１０全体としての正極を形成し、負極ターミナルプレート３４ｂは、積層体１０全体としての負極を形成する。

燃料電池１００は、さらに、積層体１０を積層方向に貫通する６つのマニホールドを備えている。図１の例では、これらのうち３つのマニホールド（酸化剤ガス排出マニホールド１０２ｂ，燃料ガス排出マニホールド１０３ｂ，冷却媒体排出マニホールド１０４ｂ）を示している。

図２は、図１に示す積層体１０の外観を示す説明図である。積層体１０は、反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）及び冷却媒体を流通するための６つのマニホールドを備えている。具体的には、図１において左方下段に酸化剤ガス供給マニホールド１０２ａを備えている。また、左方中段に冷却媒体供給マニホールド１０４ａを、左方上段に燃料ガス供給マニホールド１０３ａを、右方上段に酸化剤ガス排出マニホールド１０２ｂを、右方中段に冷却媒体排出マニホールド１０４ｂを、右方下段に燃料ガス排出マニホールド１０３ｂを、それぞれ備えている。

これらの６つのマニホールド１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂは、いずれも積層体１０を積層方向に貫通して形成されている。各セルモジュール２０には、これら６つのマニホールドに該当する位置に各マニホールドを形成することとなる貫通孔（図示省略）が形成されている。冷却媒体排出マニホールド１０４ｂの内部には、バスバー４０（詳細は後述）が配置されている。

なお、燃料ガスとしては、例えば、水素ガスを採用することができる。また、酸化剤ガスとしては、例えば、空気を採用することができる。また、冷却媒体としては、例えば、純水やエチレングリコールなどを採用することができる。

図１に示すように、正極ターミナルプレート３４ａの一部はバスバー３９として形成されている。ここで、「バスバー」とは、導電性を有する細長い棒状の金属を意味する。このバスバー３９は、インシュレータ３３及びエンドプレート３０を貫通して配置され、その先端部には正極端子１１が形成されている。同様に、負極ターミナルプレート３４ｂの一部はバスバー４０として形成されており、冷却媒体排出マニホールド１０４ｂ内に配置されている。バスバー４０は、正極ターミナルプレート３４ａにおいてゴム等のシール部材でシールされた貫通孔３５を貫通し、また、インシュレータ３３を貫通して配置されている。バスバー４０の先端部には、負極端子１２が形成されている。正極端子１１と負極端子１２とは、いずれも燃料電池１００において正極ターミナルプレート３４ａが配置されているのと同じ側の端に位置し、防水コネクタ５１ａによって保護されている。正極端子１１及び負極端子１２には、防水コネクタ５１ａを介してリレーＲＬが接続されている。このリレーＲＬは、燃料電池１００から過剰電流が流れ出ることを抑制し安全を図るためのものである。

図３は、負極ターミナルプレート３４ｂの詳細構成を示す説明図である。負極ターミナルプレート３４ｂは、上述した６つのマニホールドに対応する位置に、それぞれのマニホールドを形成する形成部を備えている。具体的には、向かって左方下段に酸化剤ガス供給マニホールド形成部２０２ａを備えている。また、左方中段に冷却媒体供給マニホールド形成部２０４ａを、左方上段に燃料ガス供給マニホールド形成部２０３ａを、右方上段に酸化剤ガス排出マニホールド形成部２０２ｂを、右方中段に冷却媒体排出マニホールド形成部２０４ｂを、右方下段に燃料ガス排出マニホールド形成部２０３ｂを、それぞれ備えている。これらの各マニホールド形成部２０２ａ，２０３ａ，２０４ａ，２０２ｂ，２０３ｂ，２０４ｂは、いずれも負極ターミナルプレート３４ｂを厚さ方向に貫通する貫通孔として形成されている。冷却媒体排出マニホールド形成部２０４ｂには、積層方向に沿って延びたバスバー４０が形成されている。このような構成を有する負極ターミナルプレート３４ｂは、チタンやＳＵＳ（ステンレス）等の金属製の薄板を加工して製造することができる。

なお、前述の正極ターミナルプレート３４ａは、請求項における第１の電極ターミナルに相当する。また、負極ターミナルプレート３４ｂは請求項における第２の電極ターミナルに、正極端子１１は請求項における第１の接続端子に、負極端子１２は請求項における第２の接続端子に、冷却媒体排出マニホールド１０４ｂは請求項における収容部に、バスバー４０は請求項における導電部材に、それぞれ相当する。

図４は、比較例としての従来の燃料電池の構成を示す説明図である。従来の燃料電池２００は、負極端子が燃料電池１００の負極側端に形成されている点において、上述した燃料電池１００（図２）と異なる。具体的には、従来における負極ターミナルプレート３４ｃは、正極ターミナルプレート３４ａと左右逆の構成を有している。すなわち、負極ターミナルプレート３４ｃの一部には、積層方向（＋Ｚ方向）に延びたバスバー３９ｂが形成されている。そして、バスバー３９ｂの先端部に形成されている負極端子１２は、燃料電池２００において負極ターミナルプレート３４ｃが配置されているのと同じ側の端に位置している。負極端子１２とリレーＲＬとは、電力ケーブル（出力線）６０で接続されている。負極端子１２は、防水コネクタ５２ｂによって保護されている。また、電力ケーブル６０とリレーＲＬとの接続部分も防水コネクタ５２ｃによって保護されている。また、正極端子１１とリレーＲＬとの接続部分は、防水コネクタ５２ａによって保護されている。以上の構成により、従来の燃料電池２００では、３つの防水コネクタ５２ａ，５２ｂ，５２ｃを要し、また、電力ケーブル６０の配置用スペースを燃料電池２００の外部に要する。

以上説明したように、第１の実施例の燃料電池１００では、正極端子１１と負極端子１２とが同じ側の端（正極側端）に形成されているので、正極端子１１と負極端子１２とで防水コネクタを共用でき、それぞれの端子１１，１２に防水コネクタを用いる構成に比べて燃料電池１００の製造コストを低廉にすることができる。また、負極ターミナルプレート３４ｂから負極端子１２までを接続するバスバー４０を、冷却媒体排出マニホールド１０４ｂ内に配置するので、燃料電池１００の外部に配線のためのスペースを必要とせず燃料電池１００の設置場所の自由度が高くなる。また、冷却媒体排出マニホールド１０４ｂ内に配置するので、燃料電池１００の内部にバスバー４０を配置するための特別なスペースを要さず燃料電池１００の製造コストを抑えることができる。また、冷却媒体排出マニホールド１０４ｂ内部にバスバー４０を配置するので、衝突等による損傷からバスバー４０を保護することができる。すなわち、燃料電池１００を用いることで、製造コストや設置コストを抑制し、かつ、燃料電池１００の設置場所の自由度を高くすることができる。

また、バスバー４０を冷却媒体排出マニホールド１０４ｂ内に配置することで、バスバー４０を比較的薄い構造とすることができ、バスバー４０を組み付け易くすると共に冷却媒体の流通量の減少を抑えることができる。バスバー４０を比較的薄い構造とすることができるのは、以下の理由による。すなわち、バスバー４０を比較的薄い構造とした場合、断面積が比較的小さくなるのでバスバー４０における通電による発熱量は比較的大きくなる。しかしながら、バスバー４０を冷却媒体排出マニホールド１０４ｂ内の冷却媒体によって冷却することができるので、発熱によるバスバー４０の変形を抑制することができるからである。また、バスバー４０は、燃料電池１００の内部に配置されるので、車載時における走行風など外部の冷気によって直接冷却されることを抑制できる。したがって、バスバー４０の接続された負極ターミナルプレート３４ｂを過剰に冷却することを抑制でき、負極ターミナルプレート３４ｂに当接するセルモジュール２０において生成水が凝縮してガス拡散性が低下することを抑制することができる。また、バスバー４０を燃料電池１００の内部に配置するので、防水燃料電池ケースＣＳによって燃料電池１００と共にバスバー４０も覆うことができる。そして、この構成では、燃料電池１００の表面に比較的近い位置を覆うように防水燃料電池ケースＣＳを配置することができるので、燃料電池１００と防水燃料電池ケースＣＳとの間のスペースを比較的小さくすることができる。したがって、このスペースに存在する水分を少なくすることができ、防水燃料電池ケースＣＳの内部表面における結露を抑制することができる。

Ｂ．第２の実施例：
図５（Ａ）は、第２の実施例における燃料電池の概略構成を示す説明図である。第２の実施例の燃料電池１００ａは、バスバー４０ａの配置位置において第１の実施例の燃料電池１００（図２，図３）と異なり、他の構成については第１の実施例と同じである。なお、図５（Ａ）では、燃料電池１００ａの断面（Ｘ−Ｙ平面）を模式的に示している。

具体的には、燃料電池１００ａは、第１の実施例の燃料電池１００と同様に６つのマニホールド１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂを備えている。また、燃料電池１００ａはこれらの６つのマニホールドに加えて、バスバー４０ａを配置するための専用の配線用マニホールド１０５を、酸化剤ガス排出マニホールド１０２ｂと冷却媒体排出マニホールド１０４ｂとの間に備えている。そして、バスバー４０ａは、この配線用マニホールド１０５内部に配置されている。バスバー４０ａは、第１の実施例と同様に、負極端側から正極端側に延びて配置されており、先端部に負極端子１２ａが形成されている。なお、本実施例では、配線用マニホールド１０５は、請求項における収容部に相当する。

図５（Ｂ）は、第２の実施例における負極ターミナルプレート３６の詳細構成を示す説明図である。第２の実施例の負極ターミナルプレート３６は、第１の実施例の負極ターミナルプレート３４ｂ（図３）と同様に、６つのマニホールド形成部２０２ａ，２０３ａ，２０４ａ，２０２ｂ，２０３ｂ，２０４ｂを備えている。また、配線用マニホールド１０５に対応する位置に、貫通孔である配線用マニホールド形成部１０５ｂを備えている。この配線用マニホールド１０５には、第１の実施例における冷却媒体排出マニホールド形成部２０４ｂと同様に、積層方向に沿ってバスバー４０ａが形成されている。

以上の構成を有する第２の実施例の燃料電池１００ａは、第１の実施例と同様な効果を奏する。また、冷却媒体排出マニホールド１０４ｂとは別に設けた配線用マニホールド１０５にバスバー４０ａを配置するので、バスバー４０ａの配置によって冷却媒体の流通を阻害することを抑制できる。

Ｃ．第３の実施例：
図６（Ａ）は、第３の実施例における燃料電池の概略構成を示す説明図である。第３の実施例の燃料電池１００ｂは、バスバー４０ｂの配置位置において第１の実施例の燃料電池１００と異なり、他の構成については第１の実施例と同じである。なお、図６（Ａ）では、図５（Ａ）と同様に、燃料電池１００ｂの断面（Ｘ−Ｙ平面）を模式的に示している。

具体的には、燃料電池１００ｂは、第１の実施例の燃料電池１００と同様に６つのマニホールド１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂを備えている。また、燃料電池１００ｂの上面には、積層方向に沿った方向に延びる溝１６が形成されている。バスバー４０ｂは、この溝１６の内部において、負極端側から正極端側に延びて配置されており、先端部に負極端子１２ｂが形成されている。溝１６は、例えば、各セルモジュール２０における溝１６に相当する部分を溝１６の断面と同じ形状（台形形状）に欠けた構造として、各セルモジュール２０を積層することで形成することができる。なお、バスバー４０ｂと溝１６の底面との間に絶縁部材（図示省略）を配置することもできる。また、溝１６の形成位置は、燃料電池１００ｂの上面に代えて、他の面とすることもできる。なお、本実施例では、溝１６は、請求項における収容部に相当する。

図６（Ｂ）は、第３の実施例における負極ターミナルプレート３７の詳細構成を示す説明図である。第３の実施例の負極ターミナルプレート３７は、第１の実施例の負極ターミナルプレート３４ｂと同様に、６つのマニホールド形成部２０２ａ，２０３ａ，２０４ａ，２０２ｂ，２０３ｂ，２０４ｂを備えている。また、負極ターミナルプレート３７において溝１６（図６（Ａ））に相当する位置には、積層方向に沿って延びたバスバー４０ｂが形成されている。

以上の構成を有する第３の実施例の燃料電池１００ｂは、第１の実施例と同様な効果を奏する。また、冷却媒体排出マニホールド１０４ｂとは別に設けた溝１６にバスバー４０ｂを配置するので、バスバー４０ｂの配置によって冷却媒体の流通を阻害することを抑制できる。また、溝１６は、燃料電池１００ｂの表面上に形成されているので、負極ターミナルプレート３４ｂを貫通してバスバー４０ｂを配置する必要がない。したがって、正極ターミナルプレート３４ａにおいて貫通孔３５（図２）を設ける必要がなく、燃料電池１００ｂの製造コストを比較的低廉に抑えることができる。

Ｄ．第４の実施例：
図７（Ａ）は、第４の実施例における燃料電池システム１０００の概略構成を示す説明図である。この燃料電池システム１０００は、電気自動車（図示省略）に搭載し、動力源（モータ等）に電力を供給する。なお、これに代えて、据え置き型のシステムとして用いることもできる。

燃料電池システム１０００は、燃料電池１００ｃと、制御部７０と、スイッチＳＷと、リレーＲＬと、温度センサ４４とを備えている。燃料電池１００ｃは、バスバーの構成において第１の実施例と異なり他の構成については同じである。なお、図７では、説明の便宜上、防水燃料電池ケースＣＳや防水コネクタ５１ａなど一部の構成要素については省略している。燃料電池１００ｃにおけるバスバー４１は、第１の実施例におけるバスバー４０とは異なり３本のバスバー４１ａ，４１ｂ，４１ｃによって構成されている。これらの３本のバスバー４１ａ〜４１ｃの断面積は互いにほぼ同じであり、３本のバスバー４１ａ〜４１ｃの断面積を合わせると、第１の実施例のバスバー４０の断面積とほぼ同じとなる。

スイッチＳＷは、リレーＲＬに接続された電力ケーブル８１ａとバスバー４１ａとを接続したり切り離したりする。同様に、スイッチＳＷは、電力ケーブル８１ｂとバスバー４１ｂとを、また、電力ケーブル８１ｃとバスバー４１ｃとを、それぞれ接続したり切り離したりする。

温度センサ４４は、燃料電池１００ｃに取り付けられており、燃料電池１００ｃの温度を取得する。なお、温度センサ４４の設置箇所としては、各マニホールド１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂの内部や、これらのマニホールドに接続される配管内部などを採用することができる。制御部７０は、ＣＰＵ７１とメモリ７２とを備えている。メモリ７２には、制御用プログラムが記憶されており、ＣＰＵ７１はこのプログラムを実行することで、接続調整部７１ａとして機能する。制御部７０と温度センサ４４とは電気的に接続されており、温度センサ４４で検知した温度情報は制御部７０に伝えられる。また、制御部７０とスイッチＳＷとは電気的に接続されており、接続調整部７１ａは、燃料電池１００ｃの温度に応じて、スイッチＳＷにおける３本のバスバー４１ａ〜４１ｃと３本の電力ケーブル８１ａ〜８１ｃとの接続を調整する。

なお、前述のスイッチＳＷと接続調整部７１ａとは、請求項における断面積調整部に相当する。また、温度センサ４４は、請求項における温度取得部に相当する。

図７（Ｂ）は、接続調整部７１ａによるスイッチＳＷにおける接続調整方法を模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０００では、燃料電池の温度について互いに異なる２つの閾値（Ｔ１，Ｔ２）が設けられている。なお、温度Ｔ２は温度Ｔ１よりも高い。接続調整部７１ａは、燃料電池システム１０００の起動後において、温度センサ４４によって取得した燃料電池１００ｃの温度とこれら２つの閾値温度Ｔ１，Ｔ２とを比較する。

燃料電池１００ｃの温度が温度Ｔ１よりも低い場合、接続調整部７１ａは、スイッチＳＷを制御してバスバー４１ａと電力ケーブル８１ａとのみを接続する。この場合、負極ターミナルプレート３４ｂとリレーＲＬとは、１本のバスバー４１ａによって接続されるため、バスバー４１全体としての断面積は小さい。したがって、バスバー４１の電気抵抗は大きくなりバスバー４１における発熱量は大きくなる。それゆえ、冷却媒体排出マニホールド１０４ｂ内部の冷却媒体の温度は、バスバー４１（４１ａ）からの放熱によって急速に上昇する。

燃料電池１００ｃの温度が温度Ｔ１以上であり、かつ、温度Ｔ２よりも低い場合、接続調整部７１ａは、スイッチＳＷを制御してバスバー４１ａと電力ケーブル８１ａとを接続すると共に、バスバー４１ｂと電力ケーブル８１ｂとを接続する。この場合、負極ターミナルプレート３４ｂとリレーＲＬとは、２本のバスバー４１ａ，４１ｂによって接続されるため、バスバー４１全体としての断面積は中程度となる。したがって、バスバー４１の電気抵抗は中程度となり発熱量も中程度となる。それゆえ、冷却媒体排出マニホールド１０４ｂ内部の冷却媒体の温度は、バスバー４１（４１ａ，４１ｂ）からの放熱によってゆっくりと上昇する。

燃料電池１００ｃの温度が温度Ｔ２以上の場合、接続調整部７１ａは、スイッチＳＷを制御してすべてのバスバー４１ａ〜４１ｃを、それぞれ電力ケーブル８１ａ〜８１ｃに接続する。この場合、負極ターミナルプレート３４ｂとリレーＲＬとは、３本のバスバー４１ａ〜４１ｃによって接続されるため、バスバー４１全体としての断面積は大きくなる。したがって、バスバー４１の電気抵抗は小さくなり発熱量も小さくなる。それゆえ、冷却媒体排出マニホールド１０４ｂの内部の冷却媒体の温度は、非常にゆっくりと上昇する或いは一定の温度を維持するようになる。

以上説明したように、第４の実施例における燃料電池システム１０００では、燃料電池１００の温度に応じてバスバー４１として使用するバスバーの本数を変化させることで、バスバー４１の断面積を変化させる。したがって、燃料電池１００ｃの温度に応じて冷却媒体の温度を上昇させる（温める）速度を変化させることができる。また、低温時には、より少ない本数のバスバーを使用してバスバー４１の発熱量を大きくするので、比較的短時間のうちに冷却媒体の温度を上昇させることができる。したがって、例えば、電気自動車の暖房機（ヒーター）において冷却媒体の熱を利用する場合、低温環境下においても、比較的短時間のうちに暖房機を触媒反応温度で動作させて乗員室を暖めることができる。

Ｅ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｅ１．変形例１：
上述した第１の実施例では、バスバー４０は、冷却媒体排出マニホールド１０４ｂ内に配置されていたが、これに代えて他のマニホールド１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ，１０２ｂ，１０３ｂの内部に配置することもできる。この場合であっても、燃料電池１００の内部にバスバー４０を配置するための特別なスペースを要さず燃料電池１００の製造コストを抑えることができる。また、第２の実施例では、配線用マニホールド１０５は、冷却媒体排出マニホールド１０４ｂと酸化剤ガス排出マニホールド１０２ｂとの間に形成されていたが、これに代えて、他の任意の位置に形成することもできる。例えば、燃料ガス排出マニホールド１０３ｂと冷却媒体排出マニホールド１０４ｂとの間に形成することもできる。以上の実施例及び変形例からも理解できるように、本発明の燃料電池では、バスバーの配置位置として、燃料電池内部を前記積層方向に沿って貫通して形成されている任意のマニホールドを利用することができる。

Ｅ２．変形例２：
上述した各実施例では、正極端子１１と負極端子１２とは、いずれも燃料電池の正極側（正極ターミナルプレート３４ａが配置されている側）に配置されていたが、これに代えて、負極側（負極ターミナルプレート３４ｂが配置されている側）に配置することもできる。この場合、正極ターミナルプレートを、上述した各実施例の負極ターミナルプレート３４ｂ，３６，３７のごとく構成する。そして、正極ターミナルプレートから積層方向に延びるバスバーを、負極側のインシュレータ３３及びエンドプレート３０を貫通させて配置することができる。

Ｅ３．変形例３：
上述した各実施例では、負極ターミナルプレート３４ｂと負極端子１２とを接続する部材（出力線）はバスバーで構成していたが、これに代えて、電力ケーブルを用いて構成することもできる。この構成では、燃料電池１００を組み上げる際の寸法誤差を比較的簡単に吸収することができる。すなわち、一般には、負極ターミナルプレート３４ｂと負極端子１２とを接続する部材として、導電性を有する任意の部材を用いることができる。

Ｅ４．変形例４：
上述した各実施例では、正極端子１１及び負極端子１２はリレーＲＬに接続されていたが、これに代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータに接続することもできる。この場合であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータと燃料電池１００との接続部分における防水コネクタの数を、従来に比べて減らすことができる。

Ｅ５．変形例５：
上述した第４の実施例では、バスバー４１は３本のバスバー４１ａ〜４１ｃで構成されていたが、これに代えて、任意の本数のバスバーで構成することもできる。また、閾値温度も２つ（Ｔ１，Ｔ２）に代えて、任意の数だけ設定することもできる。また、第４の実施例では、閾値温度を超えるたびに増加させるバスバーの本数は１本であったが、これに代えて、任意の本数のバスバーを増加させることもできる。また、温度センサ４４の温度に応じて使用するバスバーの本数を変化させるのに代えて、燃料電池１００ｃを起動させてからの時間に応じて、使用するバスバーの本数を変化させることもできる。例えば、起動時において１回だけ温度センサ４４から取得した温度に応じて使用するバスバーの本数を決定し、その後は、所定時間だけ経過するたびに所定本数のバスバーを増やしていく構成とすることもできる。

Ｅ６．変形例６：
上述した第４の実施例では、バスバー４１の断面積を変化させるために、使用するバスバー４１ａ〜４１ｃの本数を変化させていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、予め断面積の異なる複数のバスバーを用意しておき、これらのバスバーを選択的に切り替えて使用することで、断面積を変化させることもできる。すなわち、一般には、負極ターミナルプレートと負極端子１２との間の接続（出力線）の断面積を変化させることが可能な任意の構成を、本発明の燃料電池に採用することができる。

Ｅ７．変形例７：
上述した実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。

本発明の一実施例としての燃料電池の構成を示す説明図である。図１に示す積層体１０の外観を示す説明図である。負極ターミナルプレート３４ｂの詳細構成を示す説明図である。比較例としての従来の燃料電池の構成を示す説明図である。第２の実施例における燃料電池の概略構成を示す説明図及び第２の実施例における負極ターミナルプレート３６の詳細構成を示す説明図である。第３の実施例における燃料電池の概略構成を示す説明図及び第３の実施例における負極ターミナルプレート３７の詳細構成を示す説明図である。第４の実施例における燃料電池システム１０００の概略構成を示す説明図及び接続調整部７１ａによるスイッチＳＷにおける接続調整方法を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１１…正極端子
１２，１２ａ，１２ｂ…負極端子
１６…溝
２０…セルモジュール
３０…エンドプレート
３１…テンションプレート
３２…ボルト
３３…インシュレータ
３４ａ…正極ターミナルプレート
３４ｂ，３４ｃ，３６，３７…負極ターミナルプレート
３５…貫通孔
３９ａ，３９ｂ，４０，４０ａ，４０ｂ，４１，４１ａ，４１ｂ…バスバー
４４…温度センサ
５１ａ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…防水コネクタ
６０…電力ケーブル
７０…制御部
７１…ＣＰＵ
７１ａ…接続調整部
７２…メモリ
８１ａ〜８１ｃ…電力ケーブル
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，２００…燃料電池
１０２ａ…酸化剤ガス供給マニホールド
１０２ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド
１０３ａ…燃料ガス供給マニホールド
１０３ｂ…燃料ガス排出マニホールド
１０４ａ…冷却媒体供給マニホールド
１０４ｂ…冷却媒体排出マニホールド
１０５…配線用マニホールド
１０５ｂ…配線用マニホールド形成部
２０２ａ…酸化剤ガス供給マニホールド形成部
２０２ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド形成部
２０３ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
２０３ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
２０４ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
２０４ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
１０００…燃料電池システム
ＲＬ…リレー
ＣＳ…防水燃料電池ケース
ＳＷ…スイッチ

Claims

燃料電池であって、
積層された複数のセルモジュールと、
前記複数のセルモジュールの積層体の一端に位置する第１の電極ターミナルと、
前記積層体の他端に位置し、前記第１の電極ターミナルと異なる極性の第２の電極ターミナルと、
前記燃料電池において前記第１の電極ターミナルと同じ側の端に位置し、前記第１の電極ターミナルと同じ極性の第１の接続端子と、
前記燃料電池において前記第１の電極ターミナルと同じ側の端に位置し、前記第２の電極ターミナルと同じ極性の第２の接続端子と、
前記第２の電極ターミナルと前記第２の接続端子との間を導通する導電部材と、
前記積層体において前記積層体の積層方向に沿って形成された、前記導電部材を収容する収容部と、
を備える、燃料電池。
請求項１に記載の燃料電池において、
前記収容部は、前記積層体を前記積層方向に沿って貫通するマニホールドである、燃料電池。
請求項２に記載の燃料電池において、
前記マニホールドは、冷却媒体を流通させるためのマニホールドである、燃料電池。
燃料電池システムであって、
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池と、
前記導電部材の断面積を調整する断面積調整部と、
を備える、燃料電池システム。
請求項４に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池の温度を取得する温度取得部を備え、
前記断面積調整部は、前記燃料電池の温度が或る温度よりも低い場合には、前記導電部材の断面積を、前記或る温度における前記導電部材の断面積よりも小さくする、燃料電池システム。