JP2009289547A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】低抵抗の外部抵抗を用いても電圧計による電圧検出精度が悪化しない燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたアノード電極と、電解質膜の他方の面に設けられたカソード電極と、アノード電極及び前記カソード電極の表面にそれぞれ設けられ、各電極に反応ガスを供給するセパレータ１２と、を含む単セルを複数重ね合わせた燃料電池スタック２であって、少なくとも２つ以上のセパレータ１２に取り付けられた外部抵抗用端子２１と、外部抵抗用端子同士を接続する第１通電路２４と、第１通電路２４に設けられた外部抵抗２２と、少なくとも２つ以上のセパレータ１２に取り付けられ、外部抵抗用端子２１とは異なる電圧計用端子３１と、電圧計用端子同士を接続する第２通電路３３と、第２通電路３３に設けられた電圧計３２と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は燃料電池スタックに関する。

従来の燃料電池スタックは、各単位燃料電池（単セル）に微小電流を流すことのできる外部抵抗を接続するとともに、その外部抵抗の前後の電圧を測る電圧計を接続していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１１５３０５号公報

ここで、従来の燃料電池スタックでは、外部抵抗として、微小電流を流すことのできる抵抗値の高い抵抗を接続していた。

しかしながら、外部抵抗の抵抗値を下げていくと、セパレータと外部抵抗とを接続する接続端子等に存在する接触抵抗による電圧降下が無視できなくなり、外部抵抗前後の電圧値と、単セルの実際の電圧値と、の差が大きくなってしまう。そのため、電圧計で検出される各単セルの電圧検出精度が悪化するという問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、低抵抗の外部抵抗を用いても電圧計による各単セルの電圧検出精度への影響を低減することができる燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、電解質膜（１１１）と、前記電解質膜（１１１）の一方の面に設けられたアノード電極（１１２）と、前記電解質膜（１１１）の他方の面に設けられたカソード電極（１１３）と、前記アノード電極（１１２）及び前記カソード電極（１１３）の表面にそれぞれ設けられ、各電極に反応ガスを供給するセパレータ（１２）と、を含む単セル（１０）を複数重ね合わせた燃料電池スタック（２）であって、少なくとも２つ以上の前記セパレータ（１２）に取り付けられた外部抵抗用端子（２１）と、前記外部抵抗用端子（２１）同士を電気的に接続する第１通電路（２４）と、前記第１通電路（２４）に設けられた外部抵抗（２２）と、少なくとも２つ以上の前記セパレータ（１２）に取り付けられ、前記外部抵抗用端子（２１）とは異なる電圧計用端子（３１）と、前記電圧計用端子（３１）同士を電気的に接続する第２通電路（３３）と、前記第２通電路（３３）に設けられた電圧計（３２）と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、外部抵抗と電圧計とを、それぞれ異なる接続端子（外部抵抗用端子又は電圧計用端子）を介してセパレータと接続した。これにより、外部抵抗の抵抗値を小さくしても、電圧計の検出値が影響を受けることはない。そのため、外部抵抗の抵抗値を可能な限り小さくすることができる。また、電圧計の内部抵抗は接触抵抗に比べて十分に大きいので、接触抵抗による電圧降下の影響が少ない。よって、単セルの電圧検出精度への影響を低減することができる。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
燃料電池は電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。

アノード電極 ： ２Ｈ₂ →４Ｈ⁺ ＋４ｅ^- …(１)
カソード電極 ： ４Ｈ⁺ ＋４ｅ^- ＋Ｏ₂ →２Ｈ₂Ｏ …(２)

この（１）（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。

このような燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。

図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システム１の概略図である。

燃料電池システム１は、燃料電池スタック２と、アノードガス供給通路３と、アノードガス排出通路４と、カソードガス供給通路５と、カソードガス排出通路６と、を備える。

燃料電池スタック２は、積層された複数枚の燃料電池（以下「単セル」という）１０を含み、車両の駆動に必要な電力を発電する。

単セル１０は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly；以下「ＭＥＡ」という）１１の表裏両面に、セパレータ１２が配置されて構成される。

ＭＥＡ１１は、電解質膜１１１と、アノード電極１１２と、カソード電極１１３と、を備える。ＭＥＡ１１は、電解質膜１１１の一方の面にアノード電極１１２を有し、他方の面にカソード電極１１３を有する。

電解質膜１１１は、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。電解質膜１１１は、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。

アノード電極１１２は、触媒層１１２ａとガス拡散層１１２ｂとを備える。

触媒層１１２ａは、電解質膜１１１と接する。触媒層１１２ａは、白金又は白金等が担持されたカーボンブラック粒子から形成される。

ガス拡散層１１２ｂは、触媒層１１２ａの外側（電解質膜１１１の反対側）に設けられ、セパレータ１２と接する。ガス拡散層１１２ｂは、充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって形成され、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスで形成される。

カソード電極１１３もアノード電極１１２と同様に、触媒層１１３ａとガス拡散層１１３ｂとを備える。

セパレータ１２は、例えばカーボングラファイトなどで構成するカーボンセパレータである。セパレータ１２は、アノード側のガス拡散層１１２ｂと接する面に、アノード電極にアノードガスを供給する複数のアノードガス用流路溝１２１を備える。

アノードガス用流路溝１２１は、それぞれセパレータの長手方向に並列に設けられる。アノードガス用流路溝１２１は、アノードガス供給通路３及びアノードガス排出通路４と連通しており、アノードガス供給通路３からアノードガス用流路溝１２１に供給されたアノードガスのうち、発電に使用さなかったアノードガスがアノードガス排出通路４へ排出される。

アノードガス供給通路３は、セパレータ１２の一端側（紙面手前側）に接続される。一方で、アノードガス排出通路４は、セパレータ１２の他端側（紙面奥側）に接続される。

また、セパレータ１２は、カソード側のガス拡散層１１３ｂと接する側にカソード電極１１３にカソードガスを供給する複数のカソードガス用流路溝１２２を備える。

カソードガス用流路溝１２２は、それぞれセパレータの長手方向に並列に設けられる。カソードガス用流路溝１２２は、カソードガス供給通路５及びカソードガス排出通路６と連通しており、カソードガス供給通路５からカソードガス用流路溝１２２に供給されたカソードガスのうち、発電に使用さなかったカソードガスがカソードガス排出通路６へ排出される。

カソードガス供給通路５は、セパレータ１２の他端側（紙面奥側）に接続される。一方で、カソードガス排出通路６は、セパレータ１２の一端側（紙面手前側）に接続される。

ところで、燃料電池システム１の停止時には、燃料電池スタック２へのアノードガス及びカソードガスの供給は停止され、セパレータ１２のアノードガス用流路溝１２１にはアノードガスが残留した状態となり、カソードガス用流路溝１２２にはカソードガスが残留した状態となる。

しかしながら、時間の経過に伴い、アノードガス用流路溝１２１には、クロスリークや大気中の空気（カソードガス）の侵入によってカソードガスが存在する状態となる。

このような状態で燃料電池システム１を起動して、アノードガス用流路溝１２１にアノードガスを供給すると、アノードガス用流路溝１２１の上流にアノードガスが存在し、下流にカソードガスが存在する状態となる。そうすると、アノード電極１１２で局部電池が形成されて、カソード電極１１３の触媒層１１３ａのカーボンが酸化腐食することがある。このようなカーボン腐食は、単セル１０の出力を低下させる原因となる。以下、図２を参照して、このカーボン腐食の原理について簡単に説明する。

図２は、単セル１０の断面図であり、燃料電池システム起動時のカーボン腐食について説明する図である。

図２に示すように、アノードガス用流路溝１２１にカソードガスが存在する状態で燃料電池システム１を起動して、アノードガス用流路溝１２１にアノードガスを供給すると、アノードガス用流路溝１２１の上流にアノードガスが存在し、下流にカソードガスが存在する状態となる。つまり、アノードガス用流路溝１２１のなかで、アノードガスとカソードガスとの境界面（水素フロント）が存在する状態となる。

そうすると、単セル１０の上流側では通常の電池が形成されて、以下の（１）（２）式の反応が起こる。

アノード電極（上流側） ： ２Ｈ₂ →４Ｈ⁺ ＋４ｅ^- …(１)
カソード電極（上流側） ： ４Ｈ⁺ ＋４ｅ^- ＋Ｏ₂ →２Ｈ₂Ｏ …(２)

一方で、アノードガス用流路溝１２１の下流にカソードガスが存在する状態では、アノードガス用流路溝１２１の上流をアノード電極、下流をカソード電極とした局部電池がアノード電極側に形成されることになる。これにより、単セル１０の下流側では、（１）式で発生した電子を消費するために、アノード電極で以下の（３）式の反応が起こり、その結果、カソード電極で以下の（４）式の反応が起こる。

アノード電極（下流側） ： ４Ｈ⁺ ＋４ｅ^- ＋Ｏ₂ →２Ｈ₂Ｏ …(３)
カソード電極（下流側） ： Ｃ＋２Ｈ₂Ｏ→４Ｈ⁺ ＋４ｅ^- ＋ＣＯ₂ …(４)

このようにして、カソード電極１１３の下流側で炭素が二酸化炭素になる酸化反応（（４）式の反応）が生じるため、カソード電極１１３の触媒層１１３ａのカーボンが酸化腐食するのである。

燃料電池を自動車用動力源として使用する場合、定置式の燃料電池システムと比べて燃料電池システムの起動停止回数が非常に多くなる。したがって、燃料電池システムの起動時におけるこの水素フロントによる単セルの劣化を抑制する必要がある。

このカーボン腐食を抑制する有効な手段として、燃料電池システム１の起動時に、アノード電極１１２に水素を供給しつつ、燃料電池スタック２を外部抵抗（電気負荷）に接続して強制的に電流が流れる状態とし、アノード電極１１２の電子を強制的に外部へ移動させる手段（以下、この手段を「放電手段」という）がある。これにより、（１）式で発生した電子を強制的にアノード電極１１２から取り出すことができ、単セル１０の下流側で起こる（３）（４）式の反応を抑制することができる。

放電手段による効果を大きくするには、外部抵抗に流れる電流を大きくしてやれば良い。つまり外部抵抗の抵抗値を小さくしてやれば良い。

しかしながら、外部抵抗を小さくすると、新たな問題が生じることを発明者らは見出した。以下では、この問題について図１２を参照して説明する。

図１２（Ａ）は、比較例による放電手段を備える燃料電池システムの概略図である。図１２（Ｂ）は、その等価回路を示す図である。

図１２（Ａ）に示すように、外部抵抗（放電手段）２０１は、通電路２０２を介してセパレータ２１１の端部に取り付けられた接続端子２０３や接続コネクタ２０４などと接続される。この接続端子２０３や接続コネクタ２０４には接触抵抗（例えば１０〜１００[ｍΩ]）が存在する。

ここで従来から、フラッディングなどによる単セル２１０の異常検出やその他の制御に使用するために、単セル２１０の電圧を検出したいという要求がある。そのため、外部抵抗２０１と並列に電圧計２０５を設けていた（単セル電圧検出手段）。

このとき、外部抵抗２０１の抵抗が大きければ、接触抵抗による電圧降下の影響を無視できるため、外部抵抗２０１の前後の電圧を単セル２１０の電圧としても問題は無かった。

しかし、外部抵抗２０１を小さくすると（例えば５００[ｍΩ]）、接続端子２０３や接続コネクタ２０４の接触抵抗による電圧降下が無視できなくなる。そのため、外部抵抗２０１の前後の電圧を単セル２１０の電圧とすると、実際の単セル２１０の電圧との差異が大きくなってしまうという新たな問題が生じたのである。

つまり、比較例の構成のまま、水素フロントによる劣化を抑制するために外部抵抗２０１の抵抗値を小さくすると、単セル２１０の電圧の検出精度が低下してしまうという新たな問題が生じたのである。

そこで本実施形態では、単セル電圧検出手段と放電手段とを備える燃料電池システムにおいて、放電手段の外部抵抗の抵抗値を小さくすることのできる構成とした。

図３は、本実施形態による放電手段２０と単セル電圧検出手段３０とを備えた燃料電池スタック２の概略構成図である。図４は、その等価回路である。なお、図３では、発明の理解を容易にするため、前述したアノードガス供給通路などの図示を省略した。

図３に示すように、本実施形態による放電手段２０は、外部抵抗用端子（接触抵抗）２１と、外部抵抗２２と、スイッチ２３と、通電路２４と、を備える。

外部抵抗用端子２１は、各セパレータ１２のアノードガス入口側に取り付けられる。外部抵抗用端子同士は、通電路２４によって電気的に接続される。

外部抵抗２２は、通電路２４に設けられる。外部抵抗２２は、隣接するセパレータ間に設けられる。外部抵抗同士は、直列に接続される。

スイッチ２３は、通電路２４に設けられる。スイッチ２３は、外部抵抗端子２１と外部抵抗２２との間に設けられる。スイッチ２３を接続することで、外部抵抗２２とセパレータ１２とが電気的に接続される。

放電手段２０は上記のように構成され、燃料電池システムの起動停止時にスイッチ２３を閉じて外部抵抗２２とセパレータ１２とを電気的に接続する。これにより、燃料電池システムの起動時には、アノード電極内で局部電池が形成されるのを抑制し、単セルの劣化を抑制する（放電制御）。また、停止時には、開回路電圧が上昇するのを抑制し、単セルの劣化を抑制する（開回路電圧抑制制御）。なお、スイッチ２３の開閉はコントローラ（図示せず）によって実施される。

続いて本実施形態による単セル電圧検出手段３０について説明する。単セル電圧検出手段３０は、電圧計用端子（接触抵抗）３１と、電圧計３２と、通電路３３と、を備える。

電圧計用端子３１は、各セパレータ１２のアノードガス出口側に取り付けられる。各電圧計用端子３１は、通電路３３によって電気的に接続される。

電圧計３２は、通電路３３に設けられる。電圧計３２は、隣接するセパレータ間に設けられる。

単セル電圧検出手段３０は上記のように構成され、電圧計３２によって、各単セル１０の電圧を検出する。検出した電圧値はコントローラに入力される。コントローラは、その電圧値に基づいて、各単セル１０が正常に発電しているか否かを判断している。

このように、本実施形態では、外部抵抗２２と電圧計３２とを、それぞれ別の端子２１，３１を介してセパレータ１２に接続した。

これにより、図４に示すような等価回路となるため、外部抵抗２２の抵抗値を小さくしても、電圧計３２の検出値が影響を受けることはない。つまり、電圧計３２の内部抵抗は接触抵抗３１に比べて十分に大きく、接触抵抗３１による電圧降下の影響をほとんど無視できるので、単セル１０の電圧を正確に検出することができる。

よって、スイッチ２３を閉じたときに流れる電流が外部抵抗用端子２１に流すことができる電流値を超えない範囲で、また、外部抵抗２２の耐熱温度を超えない範囲で、可能な限り外部抵抗２１の抵抗値を小さくすることができる。なお、外部抵抗２２の抵抗値の決定方法については、図５を参照して後述する。

図５は、外部抵抗２２の抵抗値の違いによって、外部抵抗２２及び外部抵抗用端子（接触抵抗）２１に流れる電流の大きさの違いと、水素フロントによる単セル１０の劣化量の違いと、を示した図であり、外部抵抗２２の抵抗値の決定方法について説明する図である。

図５において、横軸は、外部抵抗２２の抵抗値を示す。縦軸（左）は、スイッチ２３を閉じたときに通電路２４に流れる電流値を示す。縦軸（右）は、燃料電池システムの起動時にスイッチ２３を閉じたときの水素フロントによる単セル１０の劣化量を示す。また、実線は、単セル１０の劣化量を示す。破線は、燃料電池システムの起動時にスイッチ２３を閉じたときに通電路２４に流れる電流値を示す。一点鎖線は、燃料電池システムの停止時にスイッチ２３を閉じたときに通電路２４に流れる電流値を示す。

図５に示すように、本実施形態の場合は、外部抵抗用端子（接触抵抗）２１に流すことのできる最大電流値のほうが、外部抵抗２２に流すことのできる最大電流値よりも小さい。そのため、本実施形態では、外部抵抗用端子（接触抵抗）２１に流すことのできる電流値を基準として外部抵抗２２の抵抗値を決定している。

図６は、燃料電池システム１の起動時に実施される放電制御について説明するフローチャートである。コントローラは、本ルーチンを所定時間（例えば１０ｍｓ）ごとに繰り返し実行する。

ステップＳ１において、コントローラは、燃料電池システム１の起動要求が有るか否かを判定する。コントローラは、起動要求が有ればステップＳ１２に処理を移行し、無ければ今回の処理を終了する。

ステップＳ２において、コントローラは、セパレータ１２のアノードガス用流路溝１２１にアノードガスを供給する。

ステップＳ３において、コントローラは、カーボン腐食抑制処理を実施する。具体的にはスイッチ２３を閉じてセパレータ１２と外部抵抗２２とを電気的に接続する。

ステップＳ４において、カーボン腐食抑制処理が終了したか否かを判定する。具体的には、アノードガスを供給し始めてから所定時間が経過したか否かを判定する。アノードガスを供給し始めてから所定時間が経過していれば、各単位セル１０のアノードガス用流路溝１２１の全体にアノードガスがいきわたり、アノードガス用流路溝１２１のなかで水素フロントが存在していないと判断できるためである。コントローラは、カーボン腐食抑制処理の終了を判定するとステップＳ５に処理を移行し、カーボン腐食抑制処理の実施中であれば今回の処理を終了する。

ステップＳ５において、コントローラは、スイッチ２３を開く。

ステップＳ６において、コントローラは、セパレータ１２のカソードガス用流路溝１２２にカソードガスを供給して、発電を開始する。

以上のように燃料電池システム１を起動することで、起動時の水素フロントによるカーボン腐食を抑制することができる。

図７は、燃料電池システム１の停止時に実施される開回路電圧抑制制御について説明するフローチャートである。コントローラは、本ルーチンを所定時間（例えば１０ｍｓ）ごとに繰り返し実行する。

ステップＳ１１において、コントローラは、燃料電池システム１の停止要求が有るか否かを判定する。コントローラは、停止要求が有ればステップＳ２に処理を移行し、無ければ今回の処理を終了する。

ステップＳ１２において、コントローラは、セパレータ１２のカソードガス用流路溝１２２へのカソードガスの供給を停止する。

ステップＳ１３において、コントローラは、開回路電圧抑制処理を実施する。具体的には、カソードガス用流路溝１２２のカソードガスを消費させて開回路電圧を低下させるため、外部抵抗２２以外の電気負荷と燃料電池スタック２とを接続して電流を取り出す。取り出す電流値は、アノードガスが不足しない範囲でセル電圧がばらついたり、転極したりしない範囲の電流値とすればよい。

ステップＳ１４において、コントローラは、開回路電圧抑制処理が終了したか否かを判定する。具体的には、電圧計３２で検出している各単セル１０の電圧のうちの最大を示している単セル１０の電圧（以下「最大セル電圧」という）が、所定電圧より低いか否かを判定する。

ステップＳ１５において、コントローラは、セパレータ１２のアノードガス用流路溝１２１へアノードガスの供給を停止する。

ステップＳ１６において、コントローラは、スイッチ２３を閉じて、外部抵抗２２とセパレータ１２とを電気的に接続する。

このように、開回路電圧抑制処理を実施した後に、スイッチ２３を接続して燃料電池システム１を停止することで、スイッチ２３を閉じたときに外部抵抗２２に過電流が流れるのを防止できる。また、燃料電池システム停止後の放置中に、セパレータ１２のアノードガス用流路溝１２１に残留しているアノードガスを消費することができる。そのため、燃料電池システム停止後の放置中に残留ガスによって発生する開回路電圧による単セル１０の劣化を抑制できる。

以上説明した本実施形態によれば、外部抵抗２２と電圧計３２とを、それぞれ異なる接続端子（外部抵抗用端子又は電圧計用端子）２１，３１を介してセパレータ１２と接続した。

これにより、外部抵抗２２の抵抗値を小さくしても、電圧計３２の検出値が影響を受けることはない。そのため、外部抵抗２２の抵抗値を可能な限り小さくすることができる。また、電圧計３２の内部抵抗は接触抵抗に比べて十分に大きいので、接触抵抗による電圧降下の影響をほとんど無視できる。よって、単セルの電圧を正確に検出することができる。

また、外部抵抗用端子２１をセパレータ１２のアノードガス入口側に取り付けた。

これにより、燃料電池システム１の起動時にアノードガスが供給されたとき、アノード電極１１２の上流側で発生する電圧によって、外部抵抗２２へ速やかに電流が流れる。そのため、アノード電極内で局部電池が発生するのを抑制することができ、カーボン腐食などの燃料電池の劣化を抑制することができる。

さらに、電圧計用端子３１をセパレータ１２のアノードガス出口側に取り付けた。

これにより、検出した電圧値に基づいて、アノードガス用流路溝１２１、ひいてはアノード電極１１２の下流側までアノードガスが行き渡ったか否かを容易に判定することができる。

（第２実施形態）
次に、図８を参照して本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態は、外部抵抗用端子２１と、電圧計用端子３１とを、セパレータ１２のアノードガス出口側の端部に取り付ける点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。

図８は、本実施形態による放電手段２０と単セル電圧検出手段３０とを備えた燃料電池スタック２の概略構成図である。図８では、発明の理解を容易にするため、前述したアノードガス供給通路などの図示を省略した。

図８に示すように、積層された複数の単セル１０の外側には集電板７が配置される。集電板７は、ガス不透過性の導電性部材で形成され、例えば、緻密質カーボンによって形成される。

本実施形態では、集電板７と接するセパレータ１２のアノードガス出口側の端部にのみ外部抵抗用端子２１及び電圧計用端子３１の両方を取り付ける。それ以外のセパレータ１２には、外部抵抗用端子２１及び電圧計用端子３１のいずれか一方をアノードガス出口側の端部に取り付けるか、又は何も取り付けないこととする。

図９及び図１０は、１つのセパレータ１２の一端部に２つの接続端子２１，３１を取り付ける場合の一例をそれぞれ示した図である。

以上説明した本実施形態によれば、外部抵抗用端子２１と、電圧計用端子３１とを、それぞれセパレータ１２のアノードガス出口側の端部に取り付けた。これにより、セパレータ１２の両側に配線や部品を設置するためのスペースを確保する必要がない。すなわち、外部抵抗２２と電圧計３２とをアノードガス出口側に集中して設置することができるため、燃料電池システムを小型化することができる。

また、集電板７と接するセパレータ以外のセパレータには、外部抵抗用端子２１及び電圧計用端子３１のいずれか一方が取り付けられるか、又は何も取り付けられない。そのため、１つのセパレータ１２に外部抵抗用端子２１及び電圧計用端子３１の両方を取り付けるときに生じる両端子間の距離が短いことによる端子取り付け作業の作業性悪化や、配線の煩雑化を防止できる。

さらに、集電板７と接するセパレータ１２に外部抵抗用端子２１と電圧計用端子３１とを接続した。そのため、全ての単セル１０に外部抵抗２２と電圧計３２とが接続されることになる。よって、放電制御によって全ての単セル１０のカーボン腐食を防止することができる。また、全ての単セル１０の電圧を検出することができる。

（第３実施形態）
次に、図１１を参照して本発明の第３実施形態について説明する。本発明の第３実施形態は、外部抵抗端子２１を集電板７にも取り付ける点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。

図１１は、本実施形態による放電手段２０と単セル電圧検出手段３０とを備えた燃料電池スタックの概略構成図である。図９では、発明の理解を容易にするため、前述したアノードガス供給通路などの図示を省略した。

図１１に示すように、本実施形態では、集電板７に外部抵抗用端子２１を取り付け、集電板７と接するセパレータ１２には電圧計用端子３１のみを取り付ける。集電板７と接するセパレータ以外のセパレータには、第２実施形態と同様に、外部抵抗用端子２１及び電圧計用端子３１のいずれか一方が取り付けるか、又は何も取り付けない。

以上説明した本実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果が得られるとともに、セパレータ１２に取り付ける接続端子の数を１つ以下にすることができる。そのため、１つのセパレータ１２に外部抵抗用端子２１及び電圧計用端子３１の両方を取り付けるときに生じる両端子間の距離が短いことによる端子取り付け作業の作業性悪化や、配線の煩雑化を一層防止できる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、上記第１実施形態では、外部抵抗用端子２１又は電圧計用端子３１を各単セル１０に取り付けたが、複数枚ごとに取り付けても良い。また、取り付ける外部抵抗用端子２１と電圧計用端子３１の取り付け数が同じでなくとも良い。

また、上記第１実施形態では、セパレータのアノードガス入口側に外部抵抗用端子２１を接続し、アノードガス出口側に電圧計用端子３１を取り付けたが、アノードガス入口側又は出口側に両端子２１，３１を取り付けても良い。

また、上記第２、第３実施形態では、アノードガス出口側に外部抵抗用端子２１及び電圧計用端子３１を取り付けたが、アノードガス入口側に外部抵抗用端子２１及び電圧計用端子３１を取り付けることしても良い。

本発明の第１実施形態による燃料電池システムの概略図である。 燃料電池システム起動時のカーボン腐食について説明する図である。 本発明の第１実施形態による単セル電圧検出手段と放電手段とを備えた燃料電池スタックの概略構成図である。 図３の等価回路である。 外部抵抗の抵抗値の決定方法について説明する図である。 燃料電池システムの起動時に実施される放電制御について説明するフローチャートである。 燃料電池システムの停止時に実施される開回路電圧抑制制御について説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態による放電手段と単セル電圧検出手段とを備えた燃料電池スタックの概略構成図である。 １つのセパレータの一端部に２つの接続端子を取り付ける場合の一例を示した図である。 １つのセパレータの一端部に２つの接続端子を取り付ける場合の一例を示した図である。 本発明の第３実施形態による放電手段と単セル電圧検出手段とを備えた燃料電池スタックの概略構成図である。 比較例による放電手段を備える燃料電池システムの概略図と、その等価回路を示す図である。

符号の説明

２ 燃料電池スタック
７ 集電板
１２ セパレータ
２１ 外部抵抗用端子
２２ 外部抵抗
２４ 通電路（第１通電路）
３１ 電圧計用端子
３２ 電圧計
３３ 通電路（第２通電路）
１１１ 電解質膜
１１２ アノード電極
１１３ カソード電極

Claims (6)

1. 電解質膜と、
   前記電解質膜の一方の面に設けられたアノード電極と、
   前記電解質膜の他方の面に設けられたカソード電極と、
   前記アノード電極及び前記カソード電極の表面にそれぞれ設けられ、各電極に反応ガスを供給するセパレータと、
   を含む単セルを複数重ね合わせた燃料電池スタックであって、
   少なくとも２つ以上の前記セパレータに取り付けられた外部抵抗用端子と、
   前記外部抵抗用端子同士を電気的に接続する第１通電路と、
   前記第１通電路に設けられた外部抵抗と、
   少なくとも２つ以上の前記セパレータに取り付けられ、前記外部抵抗用端子とは異なる電圧計用端子と、
   前記電圧計用端子同士を電気的に接続する第２通電路と、
   前記第２通電路に設けられた電圧計と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池スタック。
2. 両端部に配置された単セルの外側に、前記セパレータと接するように設けられた集電板を備え、
   前記セパレータは、一端部にアノードガス入口を有し、他端部にアノードガス出口を有し、
   前記外部抵抗用端子及び前記電圧計用端子は、前記セパレータのアノードガス出口側に取り付けられ、
   少なくとも前記集電板と接するセパレータには、前記外部抵抗用端子及び前記電圧計用端子の両方が取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
3. 両端部に配置された単セルの外側に、前記セパレータと接するように設けられた集電板を備え、
   前記セパレータは、一端部にアノードガス入口を有し、他端部にアノードガス出口を有し、
   前記外部抵抗用端子及び前記電圧計用端子は、前記セパレータのアノードガス入口側に取り付けられ、
   少なくとも前記集電板と接するセパレータには、前記外部抵抗用端子及び前記電圧計用端子の両方が取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
4. 両端部に配置された単セルの外側に、前記セパレータと接するように設けられた集電板を備え、
   前記セパレータは、一端部にアノードガス入口を有し、他端部にアノードガス出口を有し、
   前記外部抵抗用端子及び前記電圧計用端子は、前記セパレータのアノードガス出口側に取り付けられ、
   前記集電板には、前記外部抵抗用端子又は前記電圧計用端子のいずれか一方が取り付けられ、
   前記集電板と接するセパレータには、前記外部抵抗用端子又は前記電圧計用端子の他方が取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
5. 両端部に配置された単セルの外側に、前記セパレータと接するように設けられた集電板を備え、
   前記セパレータは、一端部にアノードガス入口を有し、他端部にアノードガス出口を有し、
   前記外部抵抗用端子及び前記電圧計用端子は、前記セパレータのアノードガス入口側に取り付けられ、
   前記集電板には、前記外部抵抗用端子又は前記電圧計用端子のいずれか一方が取り付けられ、
   前記集電板と接するセパレータには、前記外部抵抗用端子又は前記電圧計用端子の他方が取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
6. 前記セパレータは、一端部にアノードガス入口を有し、他端部にアノードガス出口を有し、
   前記外部抵抗用端子は、前記セパレータのアノードガス入口側の端部に取り付けられ、
   前記電圧計用端子は、前記セパレータのアノードガス出口側の端部に取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。