JP2015057766A

JP2015057766A - 燃料電池スタック

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Publication number: JP2015057766A
Application number: JP2014150419A
Authority: JP
Inventors: 江利寺田; Eri Terada; 君春水崎; Kimiharu Mizusaki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2015-03-26
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Abstract

【課題】簡単且つコンパクトな構成で、セル電圧を良好に測定することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０では、発電ユニット１２を構成する第２セパレータ２６及び第３セパレータ２８には、電圧検出用端子５８ａ、５８ｂが設けられる一方、第１セパレータ２２には、電圧検出用端子が設けられていない。燃料電池スタック１０を構成するターミナルプレート１６ａ、１６ｂの中、第１セパレータ２２が接触する前記ターミナルプレート１６ａのみに、電圧検出用端子６８が設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとが積層されて発電を行う発電セルを有し、複数の前記発電セルが積層される積層体を備える燃料電池スタックに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側には、それぞれアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。この電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されて発電セルを構成している。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

この燃料電池スタックでは、所望の発電性能を得るために、所定数（例えば、数十〜数百）の発電セルを積層しており、各発電セルが所望の発電性能を有しているか否かを検出する必要がある。このため、一般的には、セパレータに設けられたセル電圧監視用端子を電圧検出装置（セル電圧モニタ）に接続して、発電時の発電セル毎のセル電圧を検出する作業が行われている。

例えば、特許文献１に開示されているセル電圧モニタ用コネクタのセルへの接続構造を有する燃料電池が知られている。この燃料電池では、複数のセル電圧モニタ用コネクタのうち一の端子を、燃料電池のうち一のセルのセパレータにコンタクトさせている。そして、他の端子を一のセルとは異なる他のセルの、一の端子がコンタクトするセパレータと同極のセパレータにコンタクトさせている。端子がコンタクトされるセパレータの周縁部には、端子がコンタクトされないセパレータの周縁部よりはみ出た部分が形成されており、該はみ出た部分で、端子とセパレータとをコンタクトさせている。

ここで、１つのセルのセル電圧を取るのに、次のセルの同極のセパレータに跨ってモニタするため、セル積層体の最後のセルの電圧を取る場合、次のセルが無いので最後のセルのセル電圧が取れなくなる。このため、セル電圧モニタ用コネクタの端子が接続されるセパレータと同形状の導電性のカバープレート（ダミーのセパレータ）を燃料電池のセル積層体端に配している。すなわち、セル電圧モニタ用コネクタの端子は、カバープレートにコンタクトさせている。従って、最後のセルのセパレータとカバープレートとの電位差を取ることにより、最後のセルのセル電圧もモニタすることができる、としている。

特許第３８７０７１９号公報

ところで、上記の燃料電池では、セル積層体の最後のセルの電圧を取るために、セル積層体端に専用のカバープレート（ダミーのセパレータ）が必要になっている。これにより、部品点数が増加するとともに、燃料電池の積層方向の寸法が長尺化するという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、セル電圧を良好に測定することが可能な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スタックは、電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとが積層されて発電を行う発電セルを有し、複数の前記発電セルが積層される積層体を備えている。積層体の積層方向の両端部には、ターミナルプレートが配設され、前記ターミナルプレートの積層方向外方に、絶縁プレートを介装してエンドプレートが積層されている。

そして、発電セルは、少なくとも１つのセパレータに電圧検出用端子を設けるとともに、一方のターミナルプレートのみに電圧検出用端子が一体に設けられている。

また、この燃料電池スタックでは、発電セルは、第１セパレータ、第１電解質・電極構造体、第２セパレータ、第２電解質・電極構造体及び第３セパレータが積層され、積層体の積層方向一端に配置される前記発電セルは、前記第１セパレータが一方の前記ターミナルプレートに接触することが好ましい。その際、第２セパレータ及び第３セパレータのみに電圧検出用端子が設けられることが好ましい。

さらに、この燃料電池スタックでは、一方のターミナルプレートに積層される一方の絶縁プレートには、一方の前記ターミナルプレートを収容する凹部と、電圧検出用端子が配置される切欠き部とが形成されることが好ましい。

さらにまた、この燃料電池スタックでは、発電セルは、第１セパレータ、電解質・電極構造体及び第２セパレータが積層され、積層体の積層方向一端に配置される前記発電セルは、前記第２セパレータが一方の前記ターミナルプレートに接触することが好ましい。その際、第１セパレータのみに電圧検出用端子が設けられることが好ましい。

また、この燃料電池スタックでは、一方のターミナルプレートには、別体の電圧検出用端子が接合されることが好ましい。

本発明によれば、一方のターミナルプレートのみに電圧検出用端子が一体に設けられるため、専用のダミーセパレータ等が不要になる。従って、部品点数が増加することがなく、簡単且つコンパクトな構成で、セル電圧を良好に測定することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。前記燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視図である。前記燃料電池スタックの要部分解斜視図である。前記燃料電池スタックを構成する電圧検出用端子及びコネクタの説明図である。本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視図である。前記燃料電池スタックの、図６中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視図である。前記燃料電池スタックを構成するターミナルプレート及び絶縁プレートの、図８中、ＩＸ−ＩＸ線断面図である。本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視図である。前記燃料電池スタックを構成するターミナルプレート及び絶縁プレートの、図１０中、ＸＩ−ＸＩ線断面図である。本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックの断面説明図である。本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタックの断面説明図である。本発明の第７の実施形態に係る燃料電池スタックの断面説明図である。本発明の第８の実施形態に係る燃料電池スタックの断面説明図である。本発明の第９の実施形態に係る燃料電池スタックの断面説明図である。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の発電ユニット（発電セル）１２が矢印Ａ方向に積層される積層体１４を備える。積層体１４の積層方向両端には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂ及びエンドプレート２０ａ、２０ｂが積層方向外方に向かって配設される。

燃料電池スタック１０は、例えば、長方形状に構成されるエンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）により一体的に保持されてもよい。また、燃料電池スタック１０は、矢印Ａ方向に延在する複数のタイロッド（図示せず）により一体的に締め付け保持されてもよい。

図３に示すように、発電ユニット１２は、第１セパレータ２２、第１電解質膜・電極構造体２４ａ、第２セパレータ２６、第２電解質膜・電極構造体２４ｂ及び第３セパレータ２８の順に、矢印Ａ方向に積層される。

第１セパレータ２２、第２セパレータ２６及び第３セパレータ２８は、長方形状を有しており、例えば、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。金属製薄板としては、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。なお、第１セパレータ２２、第２セパレータ２６及び第３セパレータ２８は、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

第１セパレータ２２、第２セパレータ２６及び第３セパレータ２８は、それぞれ金属薄板３０の外周部を周回してシール部材３２が一体成形される。シール部材３２には、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。

発電ユニット１２の長辺方向の上端縁部には、矢印Ａ方向に延在して、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ及び燃料ガス供給連通孔３８ａが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔３６ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス供給連通孔３８ａは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給する。

発電ユニット１２の長辺方向の下端縁部には、矢印Ａ方向に延在して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３６ｂが設けられる。

発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に延在して、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体供給連通孔４０ａが設けられる。発電ユニット１２の短辺方向の他端縁部には、冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体排出連通孔４０ｂが設けられる。

第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４２を備える。固体高分子電解質膜４２は、カソード電極４４及びアノード電極４６により挟持される。

カソード電極４４及びアノード電極４６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）を有する。ガス拡散層の表面には、白金合金を表面に担持した多孔質カーボン粒子が一様に塗布されて電極触媒層（図示せず）が形成される。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４２の両面に形成される。

第１セパレータ２２の第１電解質膜・電極構造体２４ａに対向する面２２ａには、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路４８が形成される。第１酸化剤ガス流路４８は、矢印Ｃ方向に延在する複数の流路溝を有する。第１セパレータ２２の面２２ｂには、冷却媒体供給連通孔４０ａと冷却媒体排出連通孔４０ｂとを連通し、矢印Ｂ方向に延在する冷却媒体流路５０が形成される。

第２セパレータ２６の第１電解質膜・電極構造体２４ａに対向する面２６ａには、燃料ガス供給連通孔３８ａと燃料ガス排出連通孔３８ｂとを連通する第１燃料ガス流路５２が形成される。第１燃料ガス流路５２は、矢印Ｃ方向に延在する複数の流路溝を有する。

第２セパレータ２６の第２電解質膜・電極構造体２４ｂに対向する面２６ｂには、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路５４が、矢印Ｃ方向に延在して形成される。

第３セパレータ２８の第２電解質膜・電極構造体２４ｂに対向する面２８ａには、燃料ガス供給連通孔３８ａと燃料ガス排出連通孔３８ｂとを連通する第２燃料ガス流路５６が、矢印Ｃ方向に延在して形成される。第３セパレータ２８の面２８ｂには、冷却媒体供給連通孔４０ａと冷却媒体排出連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路５０が形成される。

第２セパレータ２６は、一方の長辺側の中央部に、一対の冷却媒体排出連通孔４０ｂの間に位置して外方に突出する電圧検出用端子５８ａが設けられる。電圧検出用端子５８ａは、第２セパレータ２６を構成する金属薄板３０の長辺側外周部から一体に突出形成される。電圧検出用端子５８ａの先端縁部から内方を周回して端子シール部３２ａが設けられる。端子シール部３２ａは、シール部材３２に一体成形される。

第３セパレータ２８は、第２セパレータ２６と同様に、一対の冷却媒体排出連通孔４０ｂの間に位置し電圧検出用端子５８ａと隣り合って外方に突出する電圧検出用端子５８ｂを設ける。電圧検出用端子５８ｂは、第３セパレータ２８を構成する金属薄板３０の長辺側外周部から一体に突出形成される。電圧検出用端子５８ｂの先端縁部から内方を周回して端子シール部３２ａが設けられる。端子シール部３２ａは、シール部材３２に一体成形される。

図１及び図４に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部６０ａ、６０ｂが設けられる。端子部６０ａ、６０ｂは、燃料電池スタック１０の両端に配置されているターミナルプレート１６ａ、１６ｂから、積層された複数の発電ユニット１２が発生する電力を外部に取り出す電力取り出し端子を構成する。なお、端子部６０ａ、６０ｂは、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの平面方向の側方に突出部を設けて構成してもよい。

端子部６０ａは、絶縁性筒体６２ａに挿入されて、絶縁プレート１８ａの孔部６４ａ及びエンドプレート２０ａの孔部６６ａを貫通して前記エンドプレート２０ａの外部に突出する。端子部６０ｂは、絶縁性筒体６２ｂに挿入されて、絶縁プレート１８ｂの孔部６４ｂ及びエンドプレート２０ｂの孔部６６ｂを貫通して前記エンドプレート２０ｂの外部に突出する。

図２及び図４に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの中、第１セパレータ２２に当接する前記ターミナルプレート１６ａのみに電圧検出用端子６８が設けられる。電圧検出用端子６８の材質は、例えば、アルミニウム、銅又はステンレスであり、表面に金や錫のメッキ処理を施してもよい。電圧検出用端子６８は、例えば、薄板状の導電性金属板を略Ｌ字状に屈曲成形し、ターミナルプレート１６ａの側部に溶接又はろう付け等の他、かしめにより接合される。電圧検出用端子６８は、電圧検出用端子５８ａ、５８ｂと積層方向に重なる位置に設けられる。なお、電圧検出用端子６８は、ターミナルプレート１６ａに一体成形してもよい。

絶縁プレート１８ａは、中央部に矩形状の凹部７０ａが設けられるとともに、前記凹部７０ａにターミナルプレート１６ａが収容される。絶縁プレート１８ａには、凹部７０ａに一端が連通する切欠き部７２が形成され、前記切欠き部７２には、電圧検出用端子６８が配置される。図２及び図４に示すように、電圧検出用端子６８の表面６８ｓと絶縁プレート１８ａの表面１８ａｓとは、段差なく、同一高さに設定される。絶縁プレート１８ｂは、中央部に矩形状の凹部７０ｂが設けられるとともに、前記凹部７０ｂにターミナルプレート１６ｂが収容される。

絶縁プレート１８ａ及びエンドプレート２０ａには、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ、燃料ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス排出連通孔３８ｂが形成される。絶縁プレート１８ｂ及びエンドプレート２０ｂには、冷却媒体供給連通孔４０ａ及び冷却媒体排出連通孔４０ｂが形成される。なお、エンドプレート２０ａ側とエンドプレート２０ｂ側とに、それぞれ任意の連通孔を振り分けて設けることもできる。

図１に示すように、エンドプレート２０ａの上部両端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔３６ａに連通する酸化剤ガス入口マニホールド７４ａ及び燃料ガス供給連通孔３８ａに連通する燃料ガス入口マニホールド７６ａが設けられる。エンドプレート２０ａの下部両端縁部には、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに連通する酸化剤ガス出口マニホールド７４ｂ及び燃料ガス排出連通孔３８ｂに連通する燃料ガス出口マニホールド７６ｂが設けられる。

エンドプレート２０ａ側には、図示しないが、燃料ガス供給装置及び酸化剤ガス供給装置が結合される。なお、燃料ガス出口マニホールド７６ｂは、リターン流路（図示せず）を介して燃料ガス入口マニホールド７６ａに連通することにより、燃料ガスが循環して再利用可能に構成される。燃料ガスである水素を無駄に廃棄することを阻止するためである。

図４に示すように、エンドプレート２０ｂの左右両端縁部には、冷却媒体供給連通孔４０ａに連通する冷却媒体入口マニホールド７８ａと、冷却媒体排出連通孔４０ｂに連通する冷却媒体出口マニホールド７８ｂとが設けられる。

図５に示すように、電圧検出用端子５８ａ、５８ｂ及び６８には、コネクタ８０が接続される。コネクタ８０は、ケーブル８２を介して電圧測定装置（ＥＣＵ）８４に接続される（図１参照）。

図５に示すように、コネクタ８０は、電圧検出用端子５８ａ、５８ｂ及び６８に接続されるＵ字形状の接続端子部８６を有する。電圧検出用端子５８ａ、５８ｂ及び６８と接続端子部８６との接続部位８８を覆って樹脂製ケーシング部材９０が配設される。ケーシング部材９０は、電圧検出用端子５８ａ、５８ｂ及び６８が保持される第１部材９２と、コネクタ８０が保持される第２部材９４とを備える。ケーシング部材９０に設けられる筒状部９６の外周部には、環状シール部材９８が外装される。

このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、燃料電池スタック１０では、エンドプレート２０ａにおいて、酸化剤ガス入口マニホールド７４ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。一方、燃料ガス入口マニホールド７６ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、エンドプレート２０ｂにおいて、一対の冷却媒体入口マニホールド７８ａには、純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。

図３に示すように、酸化剤ガスは、各発電ユニット１２を構成する酸化剤ガス供給連通孔３６ａから第１セパレータ２２の第１酸化剤ガス流路４８及び第２セパレータ２６の第２酸化剤ガス流路５４に導入される。このため、酸化剤ガスは、第１及び第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂの各カソード電極４４に沿って鉛直下方向に移動する。

一方、燃料ガスは、各発電ユニット１２を構成する燃料ガス供給連通孔３８ａから第２セパレータ２６の第１燃料ガス流路５２及び第３セパレータ２８の第２燃料ガス流路５６に導入される。従って、燃料ガスは、第１及び第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂの各アノード電極４６に沿って鉛直下方向に移動する。

上記のように、第１及び第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂでは、各カソード電極４４に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極４６に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。

次いで、カソード電極４４に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂから酸化剤ガス出口マニホールド７４ｂに排出される（図１参照）。同様に、アノード電極４６に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３８ｂから燃料ガス出口マニホールド７６ｂに排出される。

また、冷却媒体は、図３に示すように、各発電ユニット１２間に形成される冷却媒体流路５０に導入される。冷却媒体は、矢印Ｂ方向（図３中、水平方向）に沿って流動し、一方の発電ユニット１２の第２電解質膜・電極構造体２４ｂと他方の発電ユニット１２の第１電解質膜・電極構造体２４ａとを冷却する。冷却媒体は、冷却媒体排出連通孔４０ｂから冷却媒体出口マニホールド７８ｂに排出される。

この場合、発電ユニット１２を構成する第２セパレータ２６及び第３セパレータ２８には、電圧検出用端子５８ａ、５８ｂが設けられている一方、第１セパレータ２２には、電圧検出用端子が設けられていない。このため、図２に示すように、積層体１４の積層方向一端では、第１セパレータ２２がターミナルプレート１６ａに接触しており、第１電解質膜・電極構造体２４ａのセル電圧を測定することができない。

そこで、第１の実施形態では、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの中、第１セパレータ２２に接触する前記ターミナルプレート１６ａのみに、電圧検出用端子６８が設けられている。従って、ターミナルプレート１６ａの電圧検出用端子６８を介して、積層方向端部のセル電圧を測定することができ、専用のダミーセパレータ等が不要になる。これにより、部品点数が増加することがなく、簡単且つコンパクトな構成で、セル電圧を良好に測定することが可能になるという効果が得られる。

図６及び図７に示すように、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１００は、複数の発電ユニット（発電セル）１０２が矢印Ａ方向に積層される積層体１０４を備える。積層体１０４の積層方向両端には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂ及びエンドプレート２０ａ、２０ｂが積層方向外方に向かって配設される。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は、省略する。

発電ユニット１０２は、電解質膜・電極構造体１０６と、前記電解質膜・電極構造体１０６を挟持する第１セパレータ１０８及び第２セパレータ１１０とを備える。

第１セパレータ１０８及び第２セパレータ１１０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施したセパレータにより構成される。第１セパレータ１０８及び第２セパレータ１１０は、それぞれ金属薄板３０の外周部を周回してシール部材３２が一体成形される。なお、第１セパレータ１０８及び第２セパレータ１１０は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

発電ユニット１０２の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に延在して、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、冷却媒体供給連通孔４０ａ及び燃料ガス排出連通孔３８ｂが設けられる。発電ユニット１０２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に延在して、燃料ガス供給連通孔３８ａ、冷却媒体排出連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３６ｂが設けられる。

第１セパレータ１０８の電解質膜・電極構造体１０６に向かう面１０８ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する酸化剤ガス流路１１２が設けられる。酸化剤ガス流路１１２は、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとに連通する。

第２セパレータ１１０の電解質膜・電極構造体１０６に向かう面１１０ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する燃料ガス流路１１４が形成される。燃料ガス流路１１４は、燃料ガス供給連通孔３８ａと燃料ガス排出連通孔３８ｂとに連通する。互いに隣接する第１セパレータ１０８の面１０８ｂと第２セパレータ１１０の面１１０ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４０ａと冷却媒体排出連通孔４０ｂとに連通する冷却媒体流路１１６が形成される。

第１セパレータ１０８は、一方の長辺側の中央部に、外方に突出する電圧検出用端子５８が設けられる。電圧検出用端子５８は、第１セパレータ１０８を構成する金属薄板３０の長辺側外周部から一体に突出形成される。電圧検出用端子５８の先端縁部から内方を周回して端子シール部３２ａが設けられる。

図７に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの中、前記ターミナルプレート１６ａのみに電圧検出用端子６８が設けられる。ターミナルプレート１６ａには、第２セパレータ１１０が直接接触するとともに、前記第２セパレータ１１０には、電圧検出用端子が設けられていない。

このように構成される第２の実施形態では、発電ユニット１０２を構成する第１セパレータ１０８には、電圧検出用端子５８が設けられている一方、第２セパレータ１１０には、電圧検出用端子が設けられていない。このため、積層体１０４の積層方向一端では、第２セパレータ１１０がターミナルプレート１６ａに接触しており、セル電圧を測定することができない。

そこで、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの中、第２セパレータ１１０に当接する前記ターミナルプレート１６ａのみに電圧検出用端子６８が設けられている。従って、ターミナルプレート１６ａの電圧検出用端子６８を介して積層方向端部のセル電圧を測定することができ、専用のダミーセパレータ等が不要になる。これにより、部品点数が増加することがなく、簡単且つコンパクトな構成で、セル電圧を良好に測定することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図８に示すように、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１２０では、積層体１４（積層体１０４でもよい）の積層方向両端には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂ及びエンドプレート２０ａ、２０ｂが積層方向外方に向かって配設される。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は、省略する。

ターミナルプレート１６ａの側部には、電圧検出用端子１２２が一体又は別体で設けられ、前記電圧検出用端子１２２は、絶縁プレート１８ａの切欠き部７２に配置される。切欠き部７２には、電圧検出用端子１２２を覆ってカバー部材１２４が組み付けられる（図８及び図９参照）。カバー部材１２４の表面１２４ｓと絶縁プレート１８ａの表面１８ａｓとは、段差なく、同一高さに設定される。

図１０に示すように、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタック１３０では、積層体１４（積層体１０４でもよい）の積層方向両端には、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂ、絶縁プレート１８ａ、１８ｂ及びエンドプレート２０ａ、２０ｂが積層方向外方に向かって配設される。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は、省略する。

ターミナルプレート１６ａの側部には、電圧検出用端子１３２が一体又は別体で設けられる。電圧検出用端子１３２は、薄板状の導電性金属板を途上でくの字状に屈曲成形する。絶縁プレート１８ａの側部には、矩形状の開口部１３４が形成される。

図１１に示すように、ターミナルプレート１６ａは、凹部７０ａ側から傾斜姿勢で電圧検出用端子１３２を開口部１３４に挿入した後（図１１中、二点鎖線参照）、水平姿勢に変換されて前記凹部７０ａに配置される。電圧検出用端子１３２は、開口部１３４に挿入されて先端が外部に突出する。

図１２に示すように、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタック１４０では、基本的には、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同様に構成されている。

なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は、省略する。また、第２の実施形態に係る燃料電池スタック１００と同様に構成してもよい。以下に説明する第６〜第９の実施形態でも、同様である。

燃料電池スタック１４０では、ターミナルプレート１６ａのみに電圧検出用端子１４２が一体又は別体で設けられる。電圧検出用端子１４２は、例えば、薄板状の導電性金属板を平板状に構成する。

ターミナルプレート１６ａには、絶縁プレート１８ａの凹部７０ａ側に凹部１４４が設けられるとともに、前記絶縁プレート１８ａには、前記凹部１４４に連なって外部に開放される矩形状の開口部１４６が形成される。電圧検出用端子１４２は、開口部１４６及び凹部１４４に挿入され、ターミナルプレート１６ａの平面に溶接又はろう付け等により接合される。

図１３に示すように、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタック１５０では、ターミナルプレート１６ａのみに電圧検出用端子１５２が一体又は別体で設けられる。電圧検出用端子１５２は、例えば、薄板状の導電性金属板を平板状に構成する。

絶縁プレート１８ａには、凹部７０ａに連通して凹部１５４が設けられるとともに、前記絶縁プレート１８ａには、前記凹部１５４に連なって外部に開放される矩形状の開口部１５６が形成される。電圧検出用端子１５２は、開口部１５６及び凹部１５４に挿入され、ターミナルプレート１６ａの平面に溶接又はろう付け等により接合される。

図１４に示すように、本発明の第７の実施形態に係る燃料電池スタック１６０では、ターミナルプレート１６ａのみに電圧検出用端子１６２が一体又は別体で設けられる。電圧検出用端子１６２は、例えば、薄板状の導電性金属板を平板状に構成する。

ターミナルプレート１６ａには、第１セパレータ２２側の面に、絶縁プレート１８ａの切欠き部７２に連なって凹部１６４が形成される。電圧検出用端子１６２は、切欠き部７２及び凹部１６４に配置され、ターミナルプレート１６ａの平面に溶接又はろう付け等により接合される。

図１５に示すように、本発明の第８の実施形態に係る燃料電池スタック１７０では、ターミナルプレート１６ａのみに電圧検出用端子１７２が一体又は別体で設けられる。電圧検出用端子１７２は、例えば、薄板状の導電性金属板を平板状に構成する。

ターミナルプレート１６ａに当接する第１セパレータ２２には、前記ターミナルプレート１６ａ側に突出する凸状部１７４に凹部１７４ａが形成される。電圧検出用端子１７２は、第１セパレータ２２の凹部１７４ａに配置され、ターミナルプレート１６ａの平面に溶接又はろう付け等により接合される。

図１６に示すように、本発明の第９の実施形態に係る燃料電池スタック１８０では、ターミナルプレート１６ａのみに電圧検出用端子１８２が一体又は別体で設けられる。電圧検出用端子１８２は、例えば、薄板状の導電性金属板を平板状に構成するとともに、絶縁プレート１８ａと第１セパレータ２２とに挟持される両面には、シール部材１８４が設けられる。

ターミナルプレート１６ａには、第１セパレータ２２側の面に、凹部１８６が形成される。電圧検出用端子１８２は、凹部１８６に配置され、ターミナルプレート１６ａの平面に溶接又はろう付け等により接合される。

このように構成される第５〜第９の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

１０、１００、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０…燃料電池スタック
１２、１０２…発電ユニット１４、１０４…積層体
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート１８ａ、１８ｂ…絶縁プレート
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２２、２６、２８、１０８、１１０…セパレータ
２４ａ、２４ｂ、１０６…電解質膜・電極構造体
３２…シール部材３２ａ…端子シール部
４２…固体高分子電解質膜４４…カソード電極
４６…アノード電極４８、５４、１１２…酸化剤ガス流路
５０、１１６…冷却媒体流路５２、５６、１１４…燃料ガス流路
５８、５８ａ、５８ｂ、６８、１２２、１３２、１４２、１５２、１６２、１７２、１８２…電圧検出用端子
６０ａ、６０ｂ…端子部
７０ａ、７０ｂ、１４４、１５４、１６４、１７４ａ、１８６…凹部
７２…切欠き部１２４…カバー部材
１３４、１４６、１５６…開口部

Claims

電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとが積層されて発電を行う発電セルを有し、複数の前記発電セルが積層される積層体と、
前記積層体の積層方向の両端部に配設されるターミナルプレートと、
前記ターミナルプレートの積層方向外方に、絶縁プレートを介装して積層されるエンドプレートと、
を備える燃料電池スタックであって、
前記発電セルは、少なくとも１つのセパレータに電圧検出用端子を設けるとともに、
一方の前記ターミナルプレートのみに前記電圧検出用端子が一体に設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記発電セルは、第１セパレータ、第１電解質・電極構造体、第２セパレータ、第２電解質・電極構造体及び第３セパレータが積層され、前記積層体の積層方向一端に配置される前記発電セルは、前記第１セパレータが一方の前記ターミナルプレートに接触するとともに、
前記第２セパレータ及び前記第３セパレータのみに前記電圧検出用端子が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、一方の前記ターミナルプレートに積層される一方の前記絶縁プレートには、一方の前記ターミナルプレートを収容する凹部と、前記電圧検出用端子が配置される切欠き部とが形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記発電セルは、第１セパレータ、電解質・電極構造体及び第２セパレータが積層され、前記積層体の積層方向一端に配置される前記発電セルは、前記第２セパレータが一方の前記ターミナルプレートに接触するとともに、
前記第１セパレータのみに前記電圧検出用端子が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、一方の前記ターミナルプレートには、別体の前記電圧検出用端子が接合されることを特徴とする燃料電池スタック。