JP3133002B2 - 燃料電池 - Google Patents
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- JP3133002B2 JP3133002B2 JP08287791A JP28779196A JP3133002B2 JP 3133002 B2 JP3133002 B2 JP 3133002B2 JP 08287791 A JP08287791 A JP 08287791A JP 28779196 A JP28779196 A JP 28779196A JP 3133002 B2 JP3133002 B2 JP 3133002B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料の有する化学
エキルギーを電気エネルギーに直接変換する溶融炭酸塩
型燃料電池に係わり、更に詳しくは、かかる燃料電池の
電流取出構造に関する。
エキルギーを電気エネルギーに直接変換する溶融炭酸塩
型燃料電池に係わり、更に詳しくは、かかる燃料電池の
電流取出構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、図１２に模式
的に示すように、薄い平板状の電解質板（タイル）１を
燃料極（アノード）２と空気極（カソード）３で挟んだ
セル４と、このセル４を間に挟持するセパレータ５とか
らなる。個々のセル４は電圧が低い（０．８Ｖ前後）た
め、これをセパレータ５を介して積層することにより高
い電圧を得るようになっている。なお、かかる積層した
燃料電池を燃料電池スタック又は単にスタックと呼ぶ。
的に示すように、薄い平板状の電解質板（タイル）１を
燃料極（アノード）２と空気極（カソード）３で挟んだ
セル４と、このセル４を間に挟持するセパレータ５とか
らなる。個々のセル４は電圧が低い（０．８Ｖ前後）た
め、これをセパレータ５を介して積層することにより高
い電圧を得るようになっている。なお、かかる積層した
燃料電池を燃料電池スタック又は単にスタックと呼ぶ。
【０００３】図１３は、燃料電池スタックの模式図であ
る。この図に示すように、各セパレータ５の上下面に
は、電極（アノード２とカソード３）がそれぞれ組み込
まれ、その間にタイル１を挟持してスタックを構成す
る。そのため、各セパレータ５の上下面には、電極２，
３を収容する凹部（反応部）と、この反応部にアノード
ガスとカソードガスをそれぞれ供給するマニホールド
（図示せず）が設けられている。
る。この図に示すように、各セパレータ５の上下面に
は、電極（アノード２とカソード３）がそれぞれ組み込
まれ、その間にタイル１を挟持してスタックを構成す
る。そのため、各セパレータ５の上下面には、電極２，
３を収容する凹部（反応部）と、この反応部にアノード
ガスとカソードガスをそれぞれ供給するマニホールド
（図示せず）が設けられている。
【０００４】更に、スタックの最上段及び最下段のセル
（エンドセル）では、片面だけに電極収容部が設けられ
た２枚のエンドプレート６（上側の１枚のみを示す）が
用いられる。この２枚のエンドプレート６は、その間に
多数のセルを挟持してスタックを構成すると共に、電流
端子７を備え、燃料電池反応により発生した電流を外部
へ取り出すようになっている。また、エンドプレート６
を含むスタック全体は、電池締付け装置８により所定の
面圧で挟持され、スタックを構成する各セル間の接触抵
抗を低減するようになっている。この電池締付け装置８
は、通常、肉厚の平板とこれに均一な面圧を負荷するバ
ネやダイヤフラムから構成される。
（エンドセル）では、片面だけに電極収容部が設けられ
た２枚のエンドプレート６（上側の１枚のみを示す）が
用いられる。この２枚のエンドプレート６は、その間に
多数のセルを挟持してスタックを構成すると共に、電流
端子７を備え、燃料電池反応により発生した電流を外部
へ取り出すようになっている。また、エンドプレート６
を含むスタック全体は、電池締付け装置８により所定の
面圧で挟持され、スタックを構成する各セル間の接触抵
抗を低減するようになっている。この電池締付け装置８
は、通常、肉厚の平板とこれに均一な面圧を負荷するバ
ネやダイヤフラムから構成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように燃料電
池スタックでは、エンドプレート６に取り付けた電流端
子から外部に電流を取り出す。そのため、エンドプレー
トの内部抵抗による電圧降下を低減するためには、板厚
を十分厚くする必要があるが、エンド近傍のセルの接触
を確保するためには、逆に板厚を減じて剛性を下げる必
要がある。
池スタックでは、エンドプレート６に取り付けた電流端
子から外部に電流を取り出す。そのため、エンドプレー
トの内部抵抗による電圧降下を低減するためには、板厚
を十分厚くする必要があるが、エンド近傍のセルの接触
を確保するためには、逆に板厚を減じて剛性を下げる必
要がある。
【０００６】すなわち、エンドプレートでの電圧降下
を低減するために、板厚を増すと剛性が高くなり、エン
ド近傍のセル部材間の接触が悪くなる。その結果、エン
ド近傍のセルの内部抵抗の増加、ガスリーク発生などを
誘発しスタックの性能に悪影響を及ぼす。また逆に剛
性を下げるために、エンドプレートの板厚を減じると、
電圧端子近傍で電圧降下が増し、エンドプレートに隣接
するセルの出力電圧が低下する。
を低減するために、板厚を増すと剛性が高くなり、エン
ド近傍のセル部材間の接触が悪くなる。その結果、エン
ド近傍のセルの内部抵抗の増加、ガスリーク発生などを
誘発しスタックの性能に悪影響を及ぼす。また逆に剛
性を下げるために、エンドプレートの板厚を減じると、
電圧端子近傍で電圧降下が増し、エンドプレートに隣接
するセルの出力電圧が低下する。
【０００７】言い換えれば、エンドプレートの電圧降下
の低減と、剛性の低減とは相互に相矛盾しており、両者
は互いにトレードオフの関係となっており、両方を十分
低くすることが従来困難であった。このため、特に発電
出力が増大し、セル反応部の面積が大きくなるにつれ、
エンドプレートの電圧が他のセルと比較して低くなり、
燃料電池全体の性能を悪化させる問題点があった。
の低減と、剛性の低減とは相互に相矛盾しており、両者
は互いにトレードオフの関係となっており、両方を十分
低くすることが従来困難であった。このため、特に発電
出力が増大し、セル反応部の面積が大きくなるにつれ、
エンドプレートの電圧が他のセルと比較して低くなり、
燃料電池全体の性能を悪化させる問題点があった。
【０００８】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、発電
出力が大きく、セル反応部の面積が大きい場合でも、エ
ンドプレートの剛性を低く保持したままで、エンドプレ
ートにおける電圧降下を十分低くすることができる燃料
電池の電流取出構造を提供することにある。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、発電
出力が大きく、セル反応部の面積が大きい場合でも、エ
ンドプレートの剛性を低く保持したままで、エンドプレ
ートにおける電圧降下を十分低くすることができる燃料
電池の電流取出構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者等は、エ
ンドプレート内の電圧降下を数値計算により求め、電流
の取り出しによるエンドセルの性能への影響について検
討した。その結果、反応面積の大きい（例えば１ｍ2 ）
スタックにおけるエンドセルの電圧が他のセルと比較し
て低いのは、エンドセル内の電圧降下が原因の１つであ
ることがわかった。本発明はかかる新規の知見に基づき
創案されたものである。
ンドプレート内の電圧降下を数値計算により求め、電流
の取り出しによるエンドセルの性能への影響について検
討した。その結果、反応面積の大きい（例えば１ｍ2 ）
スタックにおけるエンドセルの電圧が他のセルと比較し
て低いのは、エンドセル内の電圧降下が原因の１つであ
ることがわかった。本発明はかかる新規の知見に基づき
創案されたものである。
【００１０】すなわち、本発明によれば、燃料電池を構
成する複数のセルの最上段及び最下段に設けられ前記セ
ルを保持するエンドプレートと、前記セル及びエンドプ
レートを上下で保持する平板状の電池締付け装置と、前
記エンドプレートの外周に沿って接続された電位分布緩
和材と、該電位分布緩和材に間隔を隔てて取り付けられ
た複数の電流端子と、からなり、前記エンドプレート
は、セル及び電池締付け装置により挟持される締付け領
域とこれより外側に位置するフリー領域とからなり、前
記電位分布緩和材は、前記フリー領域に取り付けられ、
かつエンドプレートよりも大きな導電率と板厚の積を有
している、ことを特徴とする燃料電池が提供される。ま
た、本発明によれば、燃料電池を構成する複数のセルの
最上段及び最下段に設けられ前記セルを保持する矩形の
エンドプレートと、前記セル及びエンドプレートを上下
で保持する平板状の電池締付け装置と、前記エンドプレ
ートの対向する２辺に沿って接続された電位分布緩和材
と、該電位分布緩和材に間隔を隔てて取り付けられた複
数の電流端子と、からなり、前記エンドプレートは、セ
ル及び電池締付け装置により挟持される締付け領域とこ
れより外側に位置するフリー領域とからなり、前記電位
分布緩和材は、前記フリー領域に取り付けられ、かつエ
ンドプレートよりも大きな導電率と板厚の積を有してい
る、ことを特徴とする燃料電池が提供される。
成する複数のセルの最上段及び最下段に設けられ前記セ
ルを保持するエンドプレートと、前記セル及びエンドプ
レートを上下で保持する平板状の電池締付け装置と、前
記エンドプレートの外周に沿って接続された電位分布緩
和材と、該電位分布緩和材に間隔を隔てて取り付けられ
た複数の電流端子と、からなり、前記エンドプレート
は、セル及び電池締付け装置により挟持される締付け領
域とこれより外側に位置するフリー領域とからなり、前
記電位分布緩和材は、前記フリー領域に取り付けられ、
かつエンドプレートよりも大きな導電率と板厚の積を有
している、ことを特徴とする燃料電池が提供される。ま
た、本発明によれば、燃料電池を構成する複数のセルの
最上段及び最下段に設けられ前記セルを保持する矩形の
エンドプレートと、前記セル及びエンドプレートを上下
で保持する平板状の電池締付け装置と、前記エンドプレ
ートの対向する２辺に沿って接続された電位分布緩和材
と、該電位分布緩和材に間隔を隔てて取り付けられた複
数の電流端子と、からなり、前記エンドプレートは、セ
ル及び電池締付け装置により挟持される締付け領域とこ
れより外側に位置するフリー領域とからなり、前記電位
分布緩和材は、前記フリー領域に取り付けられ、かつエ
ンドプレートよりも大きな導電率と板厚の積を有してい
る、ことを特徴とする燃料電池が提供される。
【００１１】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
エンドプレートは、電池締付け装置からの力をセルに均
一に伝えるように、剛性の低い薄板又は薄板積層構造で
ある。また、前記電位分布緩和材を、高導電性の金属板
により構成することが好ましい。さらに、電位分布緩和
材の導電率と板厚の積が、前記エンドプレートの導電率
と板厚の積の２．５倍以上に設定されていることが好ま
しい。
エンドプレートは、電池締付け装置からの力をセルに均
一に伝えるように、剛性の低い薄板又は薄板積層構造で
ある。また、前記電位分布緩和材を、高導電性の金属板
により構成することが好ましい。さらに、電位分布緩和
材の導電率と板厚の積が、前記エンドプレートの導電率
と板厚の積の２．５倍以上に設定されていることが好ま
しい。
【００１２】上記本発明の構成によれば、エンドプレー
トが薄板又は薄板積層体であることから、剛性を低く抑
えることができ、スタック内部の温度分布などによる変
形に対し追従が可能で、エンドプレート近傍のセル材間
の接触が確保できる。また、エンドプレート周辺（フリ
ー領域）に導電率と板厚の積が高い電位分布緩和材を設
けているので、この部材により、エンドプレート内部を
平面方向に流れる電流の分布が緩和され、電流取り出し
部近傍の局所的な電圧降下が抑制できる。更に、かかる
電位分布緩和材により、燃料電池スタック外部への電流
端子及びケーブルの本数を減じることができ、部材の点
数削減のほか、熱損失を低減することができる。
トが薄板又は薄板積層体であることから、剛性を低く抑
えることができ、スタック内部の温度分布などによる変
形に対し追従が可能で、エンドプレート近傍のセル材間
の接触が確保できる。また、エンドプレート周辺（フリ
ー領域）に導電率と板厚の積が高い電位分布緩和材を設
けているので、この部材により、エンドプレート内部を
平面方向に流れる電流の分布が緩和され、電流取り出し
部近傍の局所的な電圧降下が抑制できる。更に、かかる
電位分布緩和材により、燃料電池スタック外部への電流
端子及びケーブルの本数を減じることができ、部材の点
数削減のほか、熱損失を低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。スタックの
電流は、エンドプレートに取り付けた電流端子から外部
に取り出される。スタック内部で垂直方向に流れた電流
は、エンドセル近傍で水平方向に向きを変える。このた
めエンドプレートでは平面方向に電圧降下が生じ、この
電圧降下が大きいとその分セル電圧が低下する。本発明
の発明者等は、この電圧降下を推算し、電流の取り出し
によるエンドセルの性能への影響を明らかにした。
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。スタックの
電流は、エンドプレートに取り付けた電流端子から外部
に取り出される。スタック内部で垂直方向に流れた電流
は、エンドセル近傍で水平方向に向きを変える。このた
めエンドプレートでは平面方向に電圧降下が生じ、この
電圧降下が大きいとその分セル電圧が低下する。本発明
の発明者等は、この電圧降下を推算し、電流の取り出し
によるエンドセルの性能への影響を明らかにした。
【００１４】図１はエンドプレートの形状図、図２は解
析モデル及び座標系、図３は計算条件を示す模式図であ
る。以下、解析結果を説明する。
析モデル及び座標系、図３は計算条件を示す模式図であ
る。以下、解析結果を説明する。
【００１５】図４〜図６に各条件における電位分布を示
す。電位は電流端子から遠い側の絶縁境界または対称面
上で最大値をとり、電流端子接続部で最小値をとる。Ｃ
ＡＳＥ１は、従来のスタックの電流端子の位置・本数を
想定したものである。電流端子は図４のｉ＝４，１３の
点で接続している。また、電圧端子はｉ＝１１，１２の
中間付近に設置されており、この点における電位を内挿
した値と最高電位との差は約１０ｍＶである。すなわ
ち、エンドセルのセル電圧はエンドプレート内の電圧降
下の影響を受けており、その数値は約１０ｍＶであると
考えられる。この値は実測されたエンドセルのセル電圧
と平均セル電圧の差と同じオーダである。従って、エン
ドプレートの電圧降下がエンドセルのセル電圧のが低い
原因の１つであるといえる。
す。電位は電流端子から遠い側の絶縁境界または対称面
上で最大値をとり、電流端子接続部で最小値をとる。Ｃ
ＡＳＥ１は、従来のスタックの電流端子の位置・本数を
想定したものである。電流端子は図４のｉ＝４，１３の
点で接続している。また、電圧端子はｉ＝１１，１２の
中間付近に設置されており、この点における電位を内挿
した値と最高電位との差は約１０ｍＶである。すなわ
ち、エンドセルのセル電圧はエンドプレート内の電圧降
下の影響を受けており、その数値は約１０ｍＶであると
考えられる。この値は実測されたエンドセルのセル電圧
と平均セル電圧の差と同じオーダである。従って、エン
ドプレートの電圧降下がエンドセルのセル電圧のが低い
原因の１つであるといえる。
【００１６】図７に各条件での電圧降下を示す。ＣＡＳ
Ｅ１と比較すると、ＣＡＳＥ２，ＣＡＳＥ３ではそれぞ
れ電圧降下が１．７倍、２倍に増大し、更にエンドセル
の電圧が低下すると予想される。従って、現状の板厚，
形状のままでは電流端子の本数を削減すると電圧降下が
増大する。図８にエンドプレートの板厚による電圧降下
への影響を示す。電圧降下は板厚の逆数にほぼ比例す
る。板厚を増すことで電圧降下を低減することができる
が、プレートの剛性が増し、スタックの変形に対する追
従性が低下する。
Ｅ１と比較すると、ＣＡＳＥ２，ＣＡＳＥ３ではそれぞ
れ電圧降下が１．７倍、２倍に増大し、更にエンドセル
の電圧が低下すると予想される。従って、現状の板厚，
形状のままでは電流端子の本数を削減すると電圧降下が
増大する。図８にエンドプレートの板厚による電圧降下
への影響を示す。電圧降下は板厚の逆数にほぼ比例す
る。板厚を増すことで電圧降下を低減することができる
が、プレートの剛性が増し、スタックの変形に対する追
従性が低下する。
【００１７】図９は、本発明による燃料電池の電流取出
構造図である。この図において、（Ａ）はエンドプレー
トの平面図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ線における断面図で
ある。この図に示すように、本発明の電流取出構造は、
燃料電池を構成する複数のセルの最上段及び又は最下段
に用いられ片側にセルを保持するエンドプレート１１
と、エンドプレート１１の外周に沿って接続された電位
分布緩和材１３と、電位分布緩和材１３に間隔を隔てて
取り付けられた複数の電流端子１２とからなる。
構造図である。この図において、（Ａ）はエンドプレー
トの平面図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ線における断面図で
ある。この図に示すように、本発明の電流取出構造は、
燃料電池を構成する複数のセルの最上段及び又は最下段
に用いられ片側にセルを保持するエンドプレート１１
と、エンドプレート１１の外周に沿って接続された電位
分布緩和材１３と、電位分布緩和材１３に間隔を隔てて
取り付けられた複数の電流端子１２とからなる。
【００１８】エンドプレート１１は、セル及び電池締付
け装置（図示せず）により挟持される締付け領域１１ａ
と、これより外側に位置するフリー領域１１ｂとからな
る。締付け領域１１ａには、エンドセルの片側を構成す
るエンドセパレータ１４が取り付けられている。このエ
ンドセパレータ１４には、電極１４ａが図に示すように
対向する長辺に沿って取り付けられる。また、図９
（Ｂ）に示すように、締付け領域１１ａ（エンドセパレ
ータ１４と一致する範囲）とフリー領域１１ｂ（エンド
セパレータ１４の無い範囲）は、剛性を低減するように
薄板又は薄板積層構造になっている。
け装置（図示せず）により挟持される締付け領域１１ａ
と、これより外側に位置するフリー領域１１ｂとからな
る。締付け領域１１ａには、エンドセルの片側を構成す
るエンドセパレータ１４が取り付けられている。このエ
ンドセパレータ１４には、電極１４ａが図に示すように
対向する長辺に沿って取り付けられる。また、図９
（Ｂ）に示すように、締付け領域１１ａ（エンドセパレ
ータ１４と一致する範囲）とフリー領域１１ｂ（エンド
セパレータ１４の無い範囲）は、剛性を低減するように
薄板又は薄板積層構造になっている。
【００１９】電位分布緩和材１３は、エンドプレート１
１の外周に沿ってフリー領域１１ｂに溶接等で取り付け
られている。この電位分布緩和材１３は、エンドプレー
ト１１よりも十分高い導電率と板厚の積を有している。
すなわち、電位分布緩和材１３は、高導電性の金属板
（この図では角材）であり、この金属板１３の導電率と
板厚の積は、エンドプレート１１の約２．５倍以上に構
成されている。
１の外周に沿ってフリー領域１１ｂに溶接等で取り付け
られている。この電位分布緩和材１３は、エンドプレー
ト１１よりも十分高い導電率と板厚の積を有している。
すなわち、電位分布緩和材１３は、高導電性の金属板
（この図では角材）であり、この金属板１３の導電率と
板厚の積は、エンドプレート１１の約２．５倍以上に構
成されている。
【００２０】上述した構成により、電流端子近傍での電
圧降下は、ｘ方向及びｙ方向（図１参照）から電流が集
中するために生じるので、エンドプレート端ｘ方向に金
属角材等の緩和材１３を配置し、これを介して電流端子
１２を取り付けることによりエンドプレート内の電圧降
下を低減することができる。また、緩和材１３の形状，
寸法を適切に選定すれば、電位分布の低減にとどまら
ず、電流端子の本数も削減することができる。
圧降下は、ｘ方向及びｙ方向（図１参照）から電流が集
中するために生じるので、エンドプレート端ｘ方向に金
属角材等の緩和材１３を配置し、これを介して電流端子
１２を取り付けることによりエンドプレート内の電圧降
下を低減することができる。また、緩和材１３の形状，
寸法を適切に選定すれば、電位分布の低減にとどまら
ず、電流端子の本数も削減することができる。
【００２１】なお図９において、エンドプレートは矩形
エンドプレートであり、電位分布緩和材１３は、矩形エ
ンドプレートの対向する２辺に沿って接続されている
が、本発明はかかる矩形エンドプレートに限定されず、
図１１に例示するように、（Ｂ）円形，（Ｃ）正方形，
その他であってもよい。また、（Ａ）に示すように、矩
形エンドプレートの場合でも、４辺それぞれに電位分布
緩和材１３を設けてもよい。更に、図１１の例では、電
位分布緩和材１３を周方向に一体に構成しているが、複
数の部分に分割してもよい。
エンドプレートであり、電位分布緩和材１３は、矩形エ
ンドプレートの対向する２辺に沿って接続されている
が、本発明はかかる矩形エンドプレートに限定されず、
図１１に例示するように、（Ｂ）円形，（Ｃ）正方形，
その他であってもよい。また、（Ａ）に示すように、矩
形エンドプレートの場合でも、４辺それぞれに電位分布
緩和材１３を設けてもよい。更に、図１１の例では、電
位分布緩和材１３を周方向に一体に構成しているが、複
数の部分に分割してもよい。
【００２２】図１０は、本発明の効果を示す解析結果で
ある。この図において、（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ電流端
子を８本，４本とした場合のエンドプレートの模式図で
あり、（Ｃ）はその解析結果である。図１０（Ａ）
（Ｂ）において、エンドプレート１１の見掛導電率比ｋ
ｃを１（基準条件）とし、電位分布緩和材１３の見掛導
電率比ｋｃを変化させている。この見掛導電率比ｋｃ
は、板厚を同一にした場合の導電率の比、すなわち、導
電率と板厚の積の比である。
ある。この図において、（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ電流端
子を８本，４本とした場合のエンドプレートの模式図で
あり、（Ｃ）はその解析結果である。図１０（Ａ）
（Ｂ）において、エンドプレート１１の見掛導電率比ｋ
ｃを１（基準条件）とし、電位分布緩和材１３の見掛導
電率比ｋｃを変化させている。この見掛導電率比ｋｃ
は、板厚を同一にした場合の導電率の比、すなわち、導
電率と板厚の積の比である。
【００２３】図１０（Ｃ）において、横軸ｋｃは、エン
ドプレート周辺部（電位分布緩和材１３）のエンドプレ
ート１１に対する導電率と板厚の積の比（見掛導電率
比）であり、基準値（電位分布緩和材１３のない従来の
場合）を１としている。また、縦軸ΔＶmax は、エンド
プレート内における最高電位と最低電位の差（最大電位
差）を示している。
ドプレート周辺部（電位分布緩和材１３）のエンドプレ
ート１１に対する導電率と板厚の積の比（見掛導電率
比）であり、基準値（電位分布緩和材１３のない従来の
場合）を１としている。また、縦軸ΔＶmax は、エンド
プレート内における最高電位と最低電位の差（最大電位
差）を示している。
【００２４】図１０から、電位分布緩和材１３の導電率
と板厚の積の比率（見掛導電率比ｋｃ）を上げることに
より、最大電位差ΔＶmax を低減することができること
がわかる。また、同じ最大電位差ΔＶmax の場合には電
流端子の本数を減じることができる。すなわち、図１０
の例では、（Ａ）の場合と（Ｂ）の場合の最大電位差Δ
Ｖmax を同程度にするには、見掛導電率比ｋｃを約２．
５とすればよく、これにより電流端子の本数を半減する
ことができる。
と板厚の積の比率（見掛導電率比ｋｃ）を上げることに
より、最大電位差ΔＶmax を低減することができること
がわかる。また、同じ最大電位差ΔＶmax の場合には電
流端子の本数を減じることができる。すなわち、図１０
の例では、（Ａ）の場合と（Ｂ）の場合の最大電位差Δ
Ｖmax を同程度にするには、見掛導電率比ｋｃを約２．
５とすればよく、これにより電流端子の本数を半減する
ことができる。
【００２５】従って、図１０の計算例から、電位分布緩
和材１３を用いることにより、面内の電圧降下を低減
でき、或いは電圧降下分を同一にして電流端子の本数
を減らすことができることがわかる。すなわち、緩和材
１３の形状，寸法，見掛導電率比ｋｃを適切に選択する
ことにより、電圧降下の低減、又は電流端子本数の
低減が可能である。
和材１３を用いることにより、面内の電圧降下を低減
でき、或いは電圧降下分を同一にして電流端子の本数
を減らすことができることがわかる。すなわち、緩和材
１３の形状，寸法，見掛導電率比ｋｃを適切に選択する
ことにより、電圧降下の低減、又は電流端子本数の
低減が可能である。
【００２６】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
【００２７】
【発明の効果】上述したように、本発明の構成によれ
ば、エンドプレート１１が薄板又は薄板積層体であるこ
とから、剛性を低く抑えることができ、スタック内部の
温度分布などによる変形に対し追従が可能で、エンドプ
レート近傍のセル材間の接触が確保できる。また、エン
ドプレート周辺（フリー領域１１ｂ）に導電率と板厚の
積が高い電位分布緩和材１３を設けているので、この部
材により、エンドプレート内部を平面方向に流れる電流
の分布が緩和され、電流取り出し部近傍の局所的な電圧
降下が抑制できる。更に、かかる電位分布緩和材１３に
より、燃料電池スタック外部への電流端子及びケーブル
の本数を減じることができ、部材の点数削減のほか、熱
損失を低減することができる。
ば、エンドプレート１１が薄板又は薄板積層体であるこ
とから、剛性を低く抑えることができ、スタック内部の
温度分布などによる変形に対し追従が可能で、エンドプ
レート近傍のセル材間の接触が確保できる。また、エン
ドプレート周辺（フリー領域１１ｂ）に導電率と板厚の
積が高い電位分布緩和材１３を設けているので、この部
材により、エンドプレート内部を平面方向に流れる電流
の分布が緩和され、電流取り出し部近傍の局所的な電圧
降下が抑制できる。更に、かかる電位分布緩和材１３に
より、燃料電池スタック外部への電流端子及びケーブル
の本数を減じることができ、部材の点数削減のほか、熱
損失を低減することができる。
【００２８】従って、本発明の燃料電池の電流取出構造
は、発電出力が大きく、セル反応部の面積が大きい場合
でも、エンドプレートの剛性を低く保持したままで、エ
ンドプレートにおける電圧降下を十分低くすることがで
きる、等の優れた効果を有する。
は、発電出力が大きく、セル反応部の面積が大きい場合
でも、エンドプレートの剛性を低く保持したままで、エ
ンドプレートにおける電圧降下を十分低くすることがで
きる、等の優れた効果を有する。
【図１】エンドプレートの形状図である。
【図２】解析モデル及び座標系を示す図である。
【図３】計算条件を示す模式図である。
【図４】ＣＡＳＥ１の電位分布図である。
【図５】ＣＡＳＥ２の電位分布図である。
【図６】ＣＡＳＥ３の電位分布図である。
【図７】各条件での電圧降下を示す図である。
【図８】エンドプレートの板厚による電圧降下への影響
を示す図である。
を示す図である。
【図９】本発明による燃料電池の電流取出構造図であ
る。
る。
【図１０】本発明の効果を示す解析結果である。
【図１１】エンドプレート形状の別の実施形態を示す図
である。
である。
【図１２】溶融炭酸塩型燃料電池の模式図である。
【図１３】燃料電池スタックの模式図である。
１ 電解質板（タイル） ２ 燃料極（アノード） ３ 空気極（カソード） ４ 単電池（セル） ５ セパレータ ６ エンドプレート ７ 電流端子 ８ 電池締付け装置 １１ エンドプレート １１ａ 締付け領域 １１ｂ フリー領域 １２ 電流端子 １３ 電位分布緩和材 １４ エンドセパレータ ｋｃ 見掛導電率比
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/24
Claims (5)
- 【請求項１】 燃料電池を構成する複数のセルの最上段
及び最下段に設けられ前記セルを保持するエンドプレー
トと、前記セル及びエンドプレートを上下で保持する平
板状の電池締付け装置と、前記エンドプレートの外周に
沿って接続された電位分布緩和材と、該電位分布緩和材
に間隔を隔てて取り付けられた複数の電流端子と、から
なり、 前記エンドプレートは、セル及び電池締付け装置により
挟持される締付け領域とこれより外側に位置するフリー
領域とからなり、 前記電位分布緩和材は、前記フリー領域に取り付けら
れ、かつエンドプレートよりも大きな導電率と板厚の積
を有している、ことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 燃料電池を構成する複数のセルの最上段
及び最下段に設けられ前記セルを保持する矩形のエンド
プレートと、前記セル及びエンドプレートを上下で保持
する平板状の電池締付け装置と、前記エンドプレートの
対向する２辺に沿って接続された電位分布緩和材と、該
電位分布緩和材に間隔を隔てて取り付けられた複数の電
流端子と、からなり、 前記エンドプレートは、セル及び電池締付け装置により
挟持される締付け領域とこれより外側に位置するフリー
領域とからなり、 前記電位分布緩和材は、前記フリー領域に取り付けら
れ、かつエンドプレートよりも大きな導電率と板厚の積
を有している、ことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項３】 前記エンドプレートは、電池締付け装置
からの力をセルに均一に伝えるように、剛性の低い薄板
又は薄板積層構造である、ことを特徴とする請求項１又
は２に記載の燃料電池。 - 【請求項４】 前記電位分布緩和材が、高導電性の金属
板である、ことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料
電池。 - 【請求項５】 前記電位分布緩和材の導電率と板厚の積
が、前記エンドプレートの導電率と板厚の積の２．５倍
以上に設定されている、ことを特徴とする請求項１又は
２に記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08287791A JP3133002B2 (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08287791A JP3133002B2 (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10134835A JPH10134835A (ja) | 1998-05-22 |
| JP3133002B2 true JP3133002B2 (ja) | 2001-02-05 |
Family
ID=17721799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08287791A Expired - Fee Related JP3133002B2 (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3133002B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4174025B2 (ja) | 2002-12-27 | 2008-10-29 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池及びその製造方法 |
| JP5060023B2 (ja) * | 2005-04-06 | 2012-10-31 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 燃料電池及び燃料電池モジュール |
| KR102340419B1 (ko) | 2018-09-21 | 2021-12-15 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 모듈 버스바를 포함하는 배터리 모듈 |
-
1996
- 1996-10-30 JP JP08287791A patent/JP3133002B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10134835A (ja) | 1998-05-22 |
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