JP2019096566A - 燃料電池セルおよび燃料電池 - Google Patents

燃料電池セルおよび燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
JP2019096566A
JP2019096566A JP2017227374A JP2017227374A JP2019096566A JP 2019096566 A JP2019096566 A JP 2019096566A JP 2017227374 A JP2017227374 A JP 2017227374A JP 2017227374 A JP2017227374 A JP 2017227374A JP 2019096566 A JP2019096566 A JP 2019096566A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
cell
fuel
recess
connector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017227374A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6859934B2 (ja
Inventor
今西 雅弘
Masahiro Imanishi
雅弘 今西
順朗 野々山
Junro Nonoyama
順朗 野々山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2017227374A priority Critical patent/JP6859934B2/ja
Priority to US16/178,782 priority patent/US10826091B2/en
Priority to DE102018127490.4A priority patent/DE102018127490A1/de
Priority to CN201811423544.3A priority patent/CN109935849B/zh
Publication of JP2019096566A publication Critical patent/JP2019096566A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6859934B2 publication Critical patent/JP6859934B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04544Voltage
    • H01M8/04552Voltage of the individual fuel cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0284Organic resins; Organic polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432Grouping of unit cells of planar configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

【課題】燃料電池セルの厚みを本来発電に必要とされる厚み以上に厚くすることなく、電圧検知用のセルコネクタを燃料電池セルに確実に保持することのできる燃料電池セルを提供する。【解決手段】燃料電池セル140は、セルコネクタ70を装着するための凹部60を有する。凹部60内には、装着時にセルコネクタ70をガイドすることのできるガイド部がセパレータ30の一部(セパレータ30の第2延出部32)によって形成されている。凹部60の前記第2延出部32に対向する部位には、一対のセパレータ間に配置されている絶縁用の樹脂シート40の一部である突出部41が、第2延出部32に向けて突出している。装着されたセルコネクタ70圧接面部79は、前記突出部41によって第2延出部32に向けて押圧され、安定した姿勢が保持される。【選択図】図7

Description

本発明は、セル電圧を検出するために用いられる電圧検知用のセルコネクタが装着可能な燃料電池セルおよび前記燃料電池セルの複数個を積層した燃料電池に関する。
燃料電池は、通常、単セルと称される燃料電池セルの複数個が積層したスタック構造として構成されている。単セルである燃料電池セルは、電解質膜と、電解質膜の一方の面側に設けられるアノードと電解質膜の他方の面側に設けられるカソードで構成される膜電極接合体(MEA)を有し、平面略矩形状に形成されている。そして、燃料電池セルはアノードおよびカソードを挟む一対のセパレータを備えている。
セパレータは、アノードに水素ガス等の燃料ガスを供給するための燃料ガス用マニホルドと、カソードに酸素ガス等の酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス用マニホルドとを少なくとも備えている。
セパレータは、セル電極としての機能を有し、燃料電池セルの電圧検知のために、端子を備えたセルコネクタがセパレータの一部(発電領域から外側に延在する部分)に取り付けられる。燃料電池セルにそのようなセルコネクタを取り付けるための取り付け構造の一例が、特許文献1あるいは特許文献2に記載されている。
特許文献1に記載される取り付け構造では、セルコネクタに形成した係合部を燃料電池セル側の係止部に引っ掛けることで、セルコネクタを燃料電池セル側に取り付けるようにしている。また、特許文献2に記載の取り付け構造では、燃料電池セルを構成する一対のセパレータの一方に燃料電池セル厚み方向の膨出部を形成し、隣接するセパレータと前記膨出部との間にセルコネクタを挿入して固定する、すなわち、セルコネクタを燃料電池セルの厚み方向で挟み込んで固定するようにしている。
特開2007−200633号公報 特開2007−220338号公報
従来の燃料電池セルに対するセルコネクタの取り付け構造では、燃料電池セルの厚みが厚くなるのが避けられない。その理由は、特許文献1に記載される取り付け構造では、セルコネクタに形成した係合部を燃料電池セル側の係止部に引っ掛ける構造であり、前記係止部の変形を防止するために、係止部を構成する樹脂フレームの厚みを厚くする必要がある。また、特許文献2に記載の取り付け構造では、セパレータに形成した厚み方向に膨出する膨出部を利用して、そこに挿入されるセルコネクタを固定する構造であり、その膨出部の膨出幅の分だけ、燃料電池セルの厚みが大きくなるのを避けられない。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池セルの厚みを本来発電に必要とされる厚み以上に厚くすることなく、電圧検知用のセルコネクタを燃料電池セルに確実に保持することのできる燃料電池セルを提供することを課題とする。また、前記燃料電池セルの複数枚を積層した燃料電池を提供することを課題とする。
本発明による燃料電池セルは、セル電圧を検出するために用いられる電圧検知用のセルコネクタを装着可能であり膜電極接合体と前記膜電極接合体を挟持する一対のセパレータを少なくとも備えた燃料電池セルであって、前記燃料電池セルは、前記セルコネクタが装着される凹部と、前記凹部の一辺に位置し前記セルコネクタが前記凹部内に装着される際に前記セルコネクタのガイドとなる前記セルコネクタの挿入方向に延伸する平板状のガイド部と、前記一対のセパレータ間に配置される樹脂シートと、前記ガイド部と対向する位置に位置し前記凹部に装着された前記セルコネクタの一部を前記ガイド部の方向に向けて押え付けることのできる部位において前記凹部内に突出する前記樹脂シートの一部からなる押圧部材と、を備えることを特徴とする。
本発明による燃料電池セルでは、装着されるセルコネクタは、前記凹部内に形成したガイド部によって下辺側が支持され、その状態で、セルコネクタの一部は一対のセパレータ間に配置される樹脂シートの一部であって前記凹部内に突出している押圧部材によって押圧される。それにより、前記セルコネクタの取り付け姿勢は安定する。また、前記ガイド部および前記押圧部材は、ともに燃料電池セルの面方向に単に延出する平板状であり、燃料電池セルの厚みが、前記ガイド部および前記押圧部材に起因して増すことはない。
本発明による燃料電池セルにおいて、前記樹脂シートにおける前記押圧部材を構成する部分の根元側はその両面が前記一対のセパレータによって挟持されていることは、押圧部材の姿勢を安定して維持できることから、好ましい態様である。
本発明による燃料電池セルにおいて、前記ガイド部および前記押圧部材は、燃料電池セルにそれ専用の部材として別途形成したものであってもよい。しかし、構成をより簡素化できる観点から、前記ガイド部は前記セパレータの一部で構成されること、および、前記押圧部材は前記一対のセパレータの間をシールするために前記一対のセパレータ間に配置される絶縁用の樹脂シートの一部で構成されること、は好ましい態様である。
本発明による燃料電池セルの一態様では、前記燃料電池セルの周縁部には、燃料ガス用マニホルドと酸化剤ガス用マニホルドが少なくとも設けられており、前記凹部は、前記燃料ガス用マニホルドに近接した位置に配置されていることを特徴とする。
本発明は、さらに、上記の燃料電池セルの複数個が積層された構成を少なくとも備えた燃料電池をも開示する。
本発明によれば、燃料電池セルの厚みを本来発電に必要とされる厚み以上に厚くすることなく、電圧検知用のセルコネクタを燃料電池セルに確実に保持することのできる燃料電池セル、および、前記燃料電池セルの複数個を積層した燃料電池が提供される。
燃料電池システムの概略構成を示す説明図。 実施の形態における燃料電池セルの平面図。 図2のA−A線に沿う断面を示す模式図。 実施の形態における燃料電池セルにおけるセルコネクタが装着される凹部の周辺を示す拡大斜視図。 図4で示す領域の平面図。 セルコネクタを示す斜視図。 燃料電池セルの凹部内にセルコネクタが装着された状態を示す平面図であり、セルコネクタは断面で示している。 図7のB−B線に沿う断面図。 図7のC−C線に沿う断面図。 燃料電池セルの複数個が積層された燃料電池におけるセルコネクタが装着される凹部の周辺を示す斜視図。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。最初に、本実施の形態の燃料電池セルを用いた燃料電池システムの概略構成を説明する。
燃料電池システム100aは、燃料電池としての燃料電池スタック100を備える。燃料電池スタック100は、エンドプレート110と、絶縁板120と、集電板130と、複数の燃料電池セル140と、集電板130と、絶縁板120と、エンドプレート110と、が、この順に積層されたスタック構造をなしている。燃料電池スタック100には、高圧水素を貯蔵した水素タンク150から、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池スタック100において利用されなかった燃料ガス(アノードオフガス)は、排出配管151を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。燃料電池スタック100には、また、エアポンプ160を介して酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池スタック100において利用されなかった酸化剤ガス(カソードオフガス)は、排出配管161を介してスタック燃料電池100の外部に排出される。
さらに、燃料電池スタック100には、燃料電池スタック100を冷却するため、ウォーターポンプ171を介して、ラジエータ170により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池スタック100から排出された冷却媒体は、配管を介してラジエータ170に循環する。冷却媒体としては、例えば、水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。
燃料電池スタック100に備えられる各燃料電池セル140は、後に説明する図2のA−A線に沿う断面を模式的に図3に示すように、発電モジュールとしての膜電極層接合体(MEA)10と、膜電極層接合体10を挟持する一対のセパレータ20、30とを備えている。膜電極層接合体10とセパレータ20、30の間には、拡散層12、13とを備えている。この例で、アノード側セパレータ20は、膜電極層接合体10側の面に筋状の複数の燃料ガス流路溝14を備え、膜電極層接合体10と反対側の面に筋状の複数の冷却媒体流路溝15を備える。他方のカソード側セパレータ30は、膜電極層接合体10側の面に筋状の複数の酸化剤ガス流路溝16を備える。
各燃料電池セル140は、アノード側セパレータ20とカソード側セパレータ30の間における膜電極層接合体10の面方向の外側(外周)に配置される絶縁用の樹脂シート40を備えている。樹脂シート40は、熱可塑性樹脂を用いて板状かつ枠状をなすように型成形され、その中央領域に膜電極層接合体10を保持した状態で、アノード側セパレータ20とカソード側セパレータ30の間をシールする。樹脂シート40としては、例えば、PE、PP、PET、PEN等の樹脂を用いることができる。
図2は、燃料電池セル140の概略平面図である。中央部のSで示す領域は、膜電極層接合体10に対応する領域であり、発電領域Sである。発電領域Sに対向するアノード側セパレータ20およびカソード側セパレータ30の領域には、前記した燃料ガス流路溝14および酸化剤ガス流路溝16が形成されており、凹凸面となっている。発電領域Sの外周側には、前記した絶縁用の樹脂シート40が位置している。樹脂シート40の領域ではアノード側セパレータ20およびカソード側セパレータ30は共に平坦面17であり、該一対のセパレータ20、30によって、該樹脂シート40は挟持されている。
図3に示すように、前記アノード側セパレータ20とカソード側セパレータ30における前記樹脂シート40の外周縁部では、前記平坦面17の部分から燃料ガス流路溝14および酸化剤ガス流路溝16の溝の高さとほぼ同じ高さまで拡開した拡開部18となっており、樹脂シート40との間に隙間19が形成されている。また、樹脂シート40は、前記拡開部18の先端よりもわずかに外側に延出している。
燃料電池セル140の非発電領域である前記平坦面17には、燃料電池セル140の一側端部側に、入口側燃料ガス用マニホルド51と、冷却媒体出口マニホルド52と、入口側酸化剤ガス用マニホルド53と、が形成されている。これに対して、他側端部側には、出口側燃料ガス用マニホルド54と、冷却媒体入口マニホルド55と、出口側酸化剤ガス用マニホルド56と、が形成されている。
配管を介して供給された燃料ガスは、入口側燃料ガス用マニホルド51によって各燃料電池セル140の燃料ガス流路溝14(図3)に分配される。その後、燃料ガス流路溝14において利用されなかった燃料ガスが、出口側燃料ガス用マニホルド54によって集められ、燃料電池スタック100の外部に排出される。また、配管を介して供給された酸化剤ガスは、入口側酸化剤ガス用マニホルド53によって各燃料電池セル140の酸化剤ガス流路溝16(図3)に分配される。その後、酸化剤ガス流路溝16において利用されなかった酸化剤ガスは出口側酸化剤ガス用マニホルド56によって集められ、配管を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。
冷却媒体用の配管を介して供給された冷却媒体は、冷却媒体入口マニホルド55によって、各燃料電池セル140の冷却媒体流路溝15(図3)に分配される。その後、冷却媒体は、冷却媒体出口マニホルド52によって集められ、配管を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。
一般に、燃料電池の運転に当たっては、燃料ガスとして水素ガスを、酸化剤ガスとしては空気を用いるのが普通である。そのために、運転時に燃料電池セルに供給される水素ガス量と比較して、空気の量は多い。そのために燃料ガス用マニホルド51、54の開口部の面積は、酸化剤ガス用マニホルド53、56の開口部の面積よりも小さくすることができる。そのために、燃料ガス用マニホルド51、54の近くには、酸化剤ガス用マニホルド53、56の周辺部と比較して、より広いスペースを確保することができる。
本実施の形態の燃料電池セル140においては、出口側燃料ガス用マニホルド54の近辺に確保されている広いスペースの部分に、切欠き部である凹部60を形成し、そこにセル電圧を検出するために用いられる電圧検知用のセルコネクタ70を装着するようにしている。以下、その構成を詳述する。
図4は、燃料電池セル140におけるセルコネクタ70が装着される凹部60の周辺を示す拡大斜視図であり、図5は、その平面図である。また、図6は、前記凹部60に装着可能なセルコネクタ70の斜視図である。
図4および図5に示すように、本実施の形態において、前記凹部60は、燃料電池セル140の一辺(以下、説明の都合上、上辺と呼ぶ)141からほぼ45度の角度で斜め下方に向けて傾斜する第1辺部分142と、該第1辺部分142の下端から前記上辺141に向けて斜め上方に立ち上がる第2辺部分143と、該第2辺部分143の上端側から前記一辺141に向けて延びる第3辺部分144とで区画される領域である。
図4に示すように、一方のセパレータ20は、凹部60の第1辺部分142、第2辺部分143および第3辺部分144に沿うようにして切り欠かれており、該切欠き部に沿うようにして前記拡開部18が形成されている。また、前記凹部60にセルコネクタ70を装着した状態を示す図7における、B−B線に沿う断面である図8、C−C線に沿う断面である図9にもよく示されるように、該切欠き部に沿って、樹脂シート40の一部が延出している。なお、図7では、セルコネクタ70は断面で示しており、端子81に接続する導電線84も示される。
他方のセパレータ30における前記拡開部18は、前記凹部60の第1辺部分142の下方部と第2辺部分143と第3辺部分144とで囲まれる領域に延出した第1延出部31と、該第1延出部31の下方域から第1辺部分142に沿って延びる第2延出部32とを有しており、前記第2延出部32の上縁32aは第1辺部分142と平行になっている。前記第1延出部31の適所には、ストッパーとして機能する膨出部33が形成されている。
一対のセパレータ20、30との間で、その平坦面17、17によって挟持されている樹脂シート40の一部は、前記凹部60における前記第3辺部分144の先端側で大きく第1辺部分142側に向けて突き出た突出部41を有しており、該突出部41の下側は第1辺部分142側に向けて膨出している。各部材の積層順は、図4および図5での表面から裏面に向けて、セパレータ20、樹脂シート40およびその突出部41、セパレータ30の順である。
次に、前記凹部60に装着するセルコネクタ70を説明する。図6はセルコネクタ70の一例を示す斜視図である。セルコネクタ70は、扁平なケーシング71を備える。ケーシング71は、燃料電池セル140に形成した前記凹部60の形状に沿う本体部73と、前記本体部73の一方端に位置する摘み部74とで構成される。
前記本体部73は、直線状の底辺領域75と、該底辺領域75の先端側である先端領域76とを有し、前記先端領域76の先端部77は鋭角となっている。前記先端領域76の上縁側は、直線状の底辺領域75に対して斜め上方に傾斜する前方傾斜面78と、該前方傾斜面78の上方端から前記直線状の底辺領域75とほぼ平行に延出する圧接面部79と、該圧接面部79の後端部から斜め上方に延出する後方傾斜面80とで構成され、前記後方傾斜面80は前記摘み部74に連続している。前記直線状の底辺領域75の長さは、前記凹部60の第1辺部分142の長さより少し短い。
ケーシング71の内部には空間領域が形成されており、そこには端子81が配置されている。底辺領域75の下端部には、前記セパレータ30の前記第2延出部32が入り込むことのできる隙間82が底辺領域75の全長にわたって形成されており、先端領域76にも、前記セパレータ30の前記第1延出部31が入り込むことのできる隙間83が形成されている。そして、セパレータ30における前記第2延出部32の上縁32aから前記樹脂シート40における前記突出部41の最下端部までの距離αは、セパレータ30の前記隙間82の上縁と前記圧接面部79との間の距離βよりも、0.1〜0.5mm程度だけ狭く設定されている。
前記端子81は、セルコネクタ70がセパレータ30の切欠き部である前記凹部60内に組み付けられた状態で、セパレータ30における第1延出部31の一部を挟み込むことができる部位に配置されており、端子81の後端部には、導電線84(図7参照)が接続している。
セルコネクタ70を燃料電池セル140に装着するには、前記切欠き部である凹部60内にセルコネクタ70を差し込むようにして組み付ける。組み付けに当たっては、セルコネクタ70の底辺領域75に形成した隙間82内に、セパレータ30の第2延出部32を挿入させた状態とし、該第2延出部32をガイド部として利用して、セルコネクタ70を凹部60内を下方に向けて押し込むようにスライドさせる。斜め下方への移動によって、セルコネクタ70の先端領域76の前記先端部77は、セパレータ30の第1延出部31の領域に達し、更にスライドすることで、先端領域76内に第1延出部31が入り込んだ状態となり、その状態で、セルコネクタ70内の端子81はセパレータ30の第1延出部31と電気的に接続した状態となる。
前記したように、セパレータ30における前記第2延出部32の上縁32aから前記樹脂シート40における前記突出部41の最下端部までの距離αは、セパレータ30の前記隙間82の上縁と前記圧接面部79との間の距離βよりも、0.1〜0.5mm程度だけ狭く設定されている。したがって、燃料電池セル140に形成した前記凹部60内にセルコネクタ70を装着した状態では、セルコネクタ70は、その圧接面部79が樹脂シート40における前記突出部41が持つ弾性力によって、下方に、すなわちセパレータ30の第2延出部32に向けて押圧されている状態となる。その押圧力によって、セルコネクタ70は安定した姿勢で、燃料電池セル140に対して装着される。
また、樹脂シート40の前記突出部41の基部側は、一対のセパレータ20、30の前記平坦面17、17によって左右から挟持されており、突出部41の姿勢も安定した状態に維持される。
上記のように、本実施の形態の燃料電池セル140では、発電モジュールとしての膜電極層接合体(MEA)10の面方向の外側(外周)に通常配置される絶縁用の樹脂シート40の一部を面方向に突出させ、その突出部41の下端側を燃料電池セル140に装着するセルコネクタ70に対する押え部材として利用することで、セルコネクタ70の安定性を確保するようにしている。そのために、本実施の形態では、燃料電池セルで一般的に用いられている絶縁用の樹脂シートをそのまま用いて、セルコネクタの安定性を確保でき、従来のセルコネクタ装着手段のように、厚みの厚い樹脂シートを用いることを要しない。結果、燃料電池セル140の体格を大きくすることなく、セルコネクタの安定性を確保できることとなる。
また、本実施の形態では、図2に示すように、出口側燃料ガス用マニホルド54の近くに存在する空いたスペースを利用して、前記したセルコネクタ装着用の凹部60を形成しており、凹部60のために新たなスペースを確保することも要しないことからも、燃料電池セル140においての省スペース化が図られる。なお、図2では出口側燃料ガス用マニホルド54の近くに、凹部60を形成しているが、入口側燃料ガス用マニホルド51の開口面積を小さくすることで、同様にスペースを確保することが可能であり、入口側燃料ガス用マニホルド51の近傍にセルコネクタ装着用の凹部60を形成することもできる。
さらに、本実施の形態では、セルコネクタ70の凹部60への挿入方向の先端部77は鋭角となっており、装着時に、セルコネクタ70の先端領域76がセパレータ30の第1延出部31の先端部と干渉する度合いを少なくすることができ、セルコネクタ70の凹部60への装着も円滑に進行する。
本実施の形態では、セパレータ30の第2延出部32をセルコネクタ70を装着するときのガイド部として利用したが、全体の厚みを増加させないことを条件に、第2延出部32に相当する部材を、セパレータ30とは別の部材で形成することもできる。また、セルコネクタ70を上方から押圧する部材を、一対のセパレータ20、30の間をシールする絶縁用の樹脂シート40の一部で構成したが、ここでも、全体の厚みを増加させないことを条件に、絶縁用の樹脂シート40とは別の樹脂シートを前記一対のセパレータ20、30の間に配置して形成するようにしてもよい。
上記した図2〜図9に基づき説明した実施の形態では、1個の燃料電池セル140と1個のセルコネクタ70の場合を説明したが、図1に示す燃料電池システム100aのように、燃料電池スタック100が複数の燃料電池セル140によって構成されるものにおいては、図10に示すように、燃料電池セル群140aをなす燃料電池セルに対して同じ位置に同じ形状の凹部60aを形成し、該凹部群60aに対して、凹部60aの数に対応した数のセルコネクタ70を並列に配置した構造のセルコネクタ70aが装着される。
最後に、本実施の形態による燃料電池セル140での実際例と従来の特開2007−200633号公報に記載されるコネクタの取り付け態様による場合での燃料電池セルとの比較を説明する。本実施の形態による燃料電池セル140の場合には、前記樹脂シート40として0.2mm厚のものを用いて、装着したセルコネクタ70の安定性は確保された。燃料電池セル140の厚さは1.0mmであった。前記先行技術に記載される形態によってセルコネクタを装着するには、装着の安定性を確保するために、前記係止部を形成するための樹脂フレームとして1.0mm厚のものが必要となり、結果、本実施の形態による燃料電池セル140と同じ膜電極接合体(MEA)を用いる場合でも、燃料電池セルの厚さは1.8mmとなった。これにより、本実施の形態によるセルコネクタ70の装着手段を用いることにより、本来発電に必要とされる厚み以上にセルの厚くすることなく、従来の燃料電池セルと同じ発電レベルの燃料電池セルが得られることが確かめられた。
100a…燃料電池システム、
100…燃料電池スタック、
140…燃料電池セル、
141…燃料電池セル上辺、
142…凹部を構成する第1辺部分、
143…凹部を構成する第2辺部分、
144…凹部を構成する第3辺部分、
10…膜電極層接合体(MEA)、
17…セパレータの平坦面、
18…セパレータの周囲の拡開部、
19…樹脂シートとセパレータの拡開部の間の隙間、
20,30…一対のセパレータ、
40…絶縁用の樹脂シート、
51…入口側燃料ガス用マニホルド、
52…冷却媒体出口マニホルド、
53…入口側酸化剤ガス用マニホルド、
54…出口側燃料ガス用マニホルド、
55…冷却媒体入口マニホルド、
56…出口側酸化剤ガス用マニホルド、
60…セルコネクタを装着するための凹部、
70…電圧検知用のセルコネクタ、
81…端子、
84…端子に接続する導電線、
31…セパレータ30の第1延出部、
32…セパレータ30の第2延出部、
41…樹脂シートの凹部60内へ突き出た突出部、
71…扁平なケーシング、
73…ケーシングの本体部、
74…ケーシングの摘み部、
75…直線状の底辺領域、
76…先端領域、
77…先端領域の先端部、
79…圧接面部、
82…底辺領域の下端部に形成した隙間、
83…先端領域に形成した隙間、
α…セパレータの第2延出部の上縁から樹脂シートの突出部までの距離、
β…セパレータの隙間82の上縁と圧接面部79との間の距離、
S…発電領域。

Claims (6)

  1. セル電圧を検出するために用いられる電圧検知用のセルコネクタを装着可能であり膜電極接合体と前記膜電極接合体を挟持する一対のセパレータを少なくとも備えた燃料電池セルであって、
    前記燃料電池セルは、前記セルコネクタが装着される凹部と、前記凹部の一辺に位置し前記セルコネクタが前記凹部内に装着される際に前記セルコネクタのガイドとなる前記セルコネクタの挿入方向に延伸する平板状のガイド部と、前記一対のセパレータ間に配置される樹脂シートと、前記ガイド部と対向する位置に位置し前記凹部に装着された前記セルコネクタの一部を前記ガイド部の方向に向けて押え付けることのできる部位において前記凹部内に突出する前記樹脂シートの一部からなる押圧部材と、を備えることを特徴とする燃料電池セル。
  2. 請求項1に記載の燃料電池セルであって、前記樹脂シートにおける前記押圧部材を構成する部分の根元側はその両面が前記一対のセパレータによって挟持されていることを特徴とする燃料電池セル。
  3. 請求項1に記載の燃料電池セルであって、前記押圧部材は前記一対のセパレータの間をシールするために前記一対のセパレータ間に配置される絶縁用の樹脂シートの一部で構成されることを特徴とする燃料電池セル。
  4. 請求項1に記載の燃料電池セルであって、前記ガイド部は前記セパレータの一部で構成されることを特徴とする燃料電池セル。
  5. 請求項1に記載の燃料電池セルであって、前記燃料電池セルの周縁部には、燃料ガス用マニホルドと酸化剤ガス用マニホルドが少なくとも設けられており、前記凹部は、前記燃料ガス用マニホルドに近接した位置に配置されていることを特徴とする燃料電池セル。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料電池セルの複数個が積層された構成を少なくとも備えた燃料電池。
JP2017227374A 2017-11-28 2017-11-28 燃料電池セルおよび燃料電池 Active JP6859934B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017227374A JP6859934B2 (ja) 2017-11-28 2017-11-28 燃料電池セルおよび燃料電池
US16/178,782 US10826091B2 (en) 2017-11-28 2018-11-02 Fuel cell and fuel cell device having voltage-detection cell coonector receiving portion
DE102018127490.4A DE102018127490A1 (de) 2017-11-28 2018-11-05 Brennstoffzelle und Brennstoffzellenvorrichtung
CN201811423544.3A CN109935849B (zh) 2017-11-28 2018-11-27 燃料电池单元以及燃料电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017227374A JP6859934B2 (ja) 2017-11-28 2017-11-28 燃料電池セルおよび燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019096566A true JP2019096566A (ja) 2019-06-20
JP6859934B2 JP6859934B2 (ja) 2021-04-14

Family

ID=66442383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017227374A Active JP6859934B2 (ja) 2017-11-28 2017-11-28 燃料電池セルおよび燃料電池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10826091B2 (ja)
JP (1) JP6859934B2 (ja)
CN (1) CN109935849B (ja)
DE (1) DE102018127490A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021002515A (ja) * 2019-06-20 2021-01-07 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020128312A1 (de) * 2020-10-28 2022-04-28 Audi Aktiengesellschaft Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004087163A (ja) * 2002-08-23 2004-03-18 Toyota Motor Corp セル電圧モニターの燃料電池への取付け構造
JP2007200633A (ja) * 2006-01-25 2007-08-09 Toyota Motor Corp 燃料電池の電圧検出用コネクタ及びそのコネクタに適した燃料電池
JP2013120655A (ja) * 2011-12-06 2013-06-17 Toyota Motor Corp コネクタ取付構造
JP2015088318A (ja) * 2013-10-30 2015-05-07 トヨタ自動車株式会社 セルモニタコネクタ
US20150280261A1 (en) * 2012-10-15 2015-10-01 Intelligent Energy Limited Cell voltage monitoring connector system for a fuel cell stack
KR101821748B1 (ko) * 2017-05-18 2018-01-24 한국에너지기술연구원 전압 측정 장치 및 이를 포함하는 연료 전지 모듈
JP2018137126A (ja) * 2017-02-22 2018-08-30 トヨタ自動車株式会社 セルコネクタユニット
JP2019009004A (ja) * 2017-06-26 2019-01-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池モジュール及びその製造方法、コネクタ
JP2019008940A (ja) * 2017-06-22 2019-01-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池モジュール及びその製造方法、コネクタ

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4087038B2 (ja) * 2000-03-14 2008-05-14 本田技研工業株式会社 燃料電池
US6798221B2 (en) * 2001-10-22 2004-09-28 Ballard Power Systems Inc. Method, apparatus and article to test fuel cells
JP2004362860A (ja) * 2003-06-03 2004-12-24 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の電圧測定装置およびその製造方法
JP2005122911A (ja) * 2003-10-14 2005-05-12 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池のセル電圧検出端子装置
JP2007179876A (ja) * 2005-12-28 2007-07-12 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2007220338A (ja) 2006-02-14 2007-08-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタックのセル電圧測定装置
JP5011759B2 (ja) * 2006-03-07 2012-08-29 トヨタ自動車株式会社 セル電圧モニタを取り付けた燃料電池
CN101542810B (zh) * 2007-05-08 2012-01-18 松下电器产业株式会社 高分子电解质型燃料电池及高分子电解质型燃料电池中的单电池的电压测量方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004087163A (ja) * 2002-08-23 2004-03-18 Toyota Motor Corp セル電圧モニターの燃料電池への取付け構造
JP2007200633A (ja) * 2006-01-25 2007-08-09 Toyota Motor Corp 燃料電池の電圧検出用コネクタ及びそのコネクタに適した燃料電池
JP2013120655A (ja) * 2011-12-06 2013-06-17 Toyota Motor Corp コネクタ取付構造
US20150280261A1 (en) * 2012-10-15 2015-10-01 Intelligent Energy Limited Cell voltage monitoring connector system for a fuel cell stack
JP2015088318A (ja) * 2013-10-30 2015-05-07 トヨタ自動車株式会社 セルモニタコネクタ
JP2018137126A (ja) * 2017-02-22 2018-08-30 トヨタ自動車株式会社 セルコネクタユニット
KR101821748B1 (ko) * 2017-05-18 2018-01-24 한국에너지기술연구원 전압 측정 장치 및 이를 포함하는 연료 전지 모듈
JP2019008940A (ja) * 2017-06-22 2019-01-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池モジュール及びその製造方法、コネクタ
JP2019009004A (ja) * 2017-06-26 2019-01-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池モジュール及びその製造方法、コネクタ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021002515A (ja) * 2019-06-20 2021-01-07 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
JP7075962B2 (ja) 2019-06-20 2022-05-26 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック

Also Published As

Publication number Publication date
US10826091B2 (en) 2020-11-03
JP6859934B2 (ja) 2021-04-14
CN109935849B (zh) 2022-07-15
DE102018127490A1 (de) 2019-05-29
US20190165391A1 (en) 2019-05-30
CN109935849A (zh) 2019-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11011758B2 (en) Fuel cell and metallic separator with varied bead seal width and angle
US8551671B2 (en) Fuel cell fluid sealing structure
US7531265B2 (en) Fuel cell
JP5234446B2 (ja) 燃料電池スタック用金属セパレータの積層性向上構造
US20140287338A1 (en) Fuel cell resin frame equipped membrane electrode assembly
US20150072265A1 (en) Fuel cell
US9331344B2 (en) Fuel cell
US20080166608A1 (en) Fuel Cell and Fuel Cell Separator
JP2018129174A (ja) 燃料電池用金属セパレータ及びその製造方法並びに発電セル
JPWO2011152405A1 (ja) 燃料電池セル
US20140227622A1 (en) Fuel cell
US7378167B2 (en) Separator passage structure of fuel cell
US20110014541A1 (en) Fuel Cell Gas Diffusion Layer Integrated Gasket
JP2006331783A (ja) 燃料電池用単セル
US11777110B2 (en) Fuel cell
US7846613B2 (en) Fuel cell with separator having a ridge member
US9490487B2 (en) Fuel cell
JP6053649B2 (ja) 燃料電池
JP6859934B2 (ja) 燃料電池セルおよび燃料電池
US7883814B2 (en) Fuel cell separator with integral seal member
US9831516B2 (en) Fuel cell
JP2015069968A (ja) 燃料電池用セパレーターと燃料電池
US9673461B2 (en) Fuel cell
JP2012069445A (ja) 燃料電池
US10700366B2 (en) Fuel cell having a metal separator with a flat portion

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200226

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210129

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210309

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6859934

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151