JP4585767B2 - 燃料電池の監視装置 - Google Patents

燃料電池の監視装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4585767B2
JP4585767B2 JP2004006375A JP2004006375A JP4585767B2 JP 4585767 B2 JP4585767 B2 JP 4585767B2 JP 2004006375 A JP2004006375 A JP 2004006375A JP 2004006375 A JP2004006375 A JP 2004006375A JP 4585767 B2 JP4585767 B2 JP 4585767B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
electrolyte
internal information
separator
communication hole
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004006375A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2005203158A (ja
Inventor
一郎 原田
俊哉 若穂囲
淳 近藤
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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 Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2004006375A priority Critical patent/JP4585767B2/ja
Priority to GB0724391A priority patent/GB2443105B/en
Priority to US11/025,383 priority patent/US7416797B2/en
Publication of JP2005203158A publication Critical patent/JP2005203158A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4585767B2 publication Critical patent/JP4585767B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes 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
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes 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
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL 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
    • 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
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Description

本発明は、電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持する燃料電池の運転状況を監視するための燃料電池の監視装置に関する。
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固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンからなるアノード側電極及びカソード側電極を対設して構成される電解質膜・電極構造体を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。
この燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガス（以下、酸素含有ガスともいう）が供給される。アノード側電極に供給された水素含有ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
この種の燃料電池は、運転状況、例えば、所望の発電性能を有しているか否かを検出するために、通常、電圧検出装置を用いてセル電圧を検出することが行われている。例えば、特許文献１には、セル電圧測定端子付き燃料電池スタックが開示されている。
この特許文献１では、図５に示すように、電極ユニット１とセパレータ２とが積層されて燃料電池スタック３が構成されている。電極ユニット１は、水素極４ａと空気極４ｂとで高分子イオン交換膜５を挟んで構成されるとともに、セパレータ２と前記水素極４ａとの間に水素通路６ａが形成される一方、前記セパレータ２と前記空気極４ｂとの間に空気通路６ｂが形成されている。各セパレータ２間には、冷却水を流すための冷却水通路６ｃが形成されている。
セパレータ２の端部には、電圧測定端子７が外方に突出して設けられている。この電圧測定端子７にソケット（図示せず）が接続されることにより、運転中の燃料電池スタック３において、各電極ユニット１のセル電圧が測定されている。
特開平１１−３３９８２８号公報（図２）
しかしながら、上記の特許文献１では、セパレータ２の端部から外方に突出して電圧測定端子７が設けられているため、この電圧測定端子７の金属露出部のシール性を確保することが困難であり、前記電圧測定端子７の近傍から燃料電池スタック３内に不純物が進入するおそれがある。
しかも、電圧測定端子７にソケットが接続されるため、接触抵抗が発生して電圧が降下してしまう。これにより、セル電圧を正確に測定することができないという問題がある。
また、燃料電池スタック３では、通常、セル電圧の他、内部湿度、内部圧力又は内部温度等の種々の運転状況を検出する必要があるが、いずれの場合にも、上記の電圧検出装置と同様の問題が指摘されている。
本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池の運転状況を正確に検知するとともに、所望のシール性を確保することが可能な燃料電池の監視装置を提供することを目的とする。
本発明は、電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体を、前記電解質・電極構造体よりも寸法の大きな第１及び第２セパレータにより挟持する燃料電池の運転状況を監視するための燃料電池の監視装置である。この監視装置は、燃料電池の内部情報を検知する内部情報検知機構と、前記検知された内部情報を無線送信する送信機構と、前記燃料電池の外部に配設され、前記無線送信された内部情報を受信する受信機構とを備えるとともに、第１セパレータの電解質・電極構造体と接する面側に設けられた第１シール部材と、第２セパレータの前記電解質・電極構造体と接する面側に設けられた第２シール部材とは、互いに対向して密着することにより、セパレータ外周端部と前記電解質・電極構造体の外周との間に、外部から遮蔽されて不純物の進入を阻止可能なシール空間部を形成し、前記シール空間部には、前記内部情報検知機構及び前記送信機構が収容されている。
さらに、内部情報検知機構は、燃料電池のセル電圧を測定する電圧測定センサを備えることが好ましい。
本発明では、内部情報検知機構及び送信機構がセパレータに設けられるとともに、受信機構が燃料電池の外部に設けられ、前記送信機構から前記受信機構に無線送信が行われている。このため、セパレータには、外部に突出する端子やリード線等が不要になる。従って、シール構造が一挙に簡素化するとともに、非接触でリアルタイムにセル電圧、内部圧力、内部湿度又は内部温度等の運転状況を確実に検知することができる。しかも、燃料電池内に内部情報検知機構が組み込まれるため、接触抵抗等のよる電圧降下が阻止され、セル電圧を正確に測定することが可能になる。
図１は、本発明に係る燃料電池の監視装置１０が車両１２に搭載された状態の概略構成図である。車両１２の床部１２ａには、燃料電池スタック１４が配置されるとともに、前記車両１２の前部（ボンネット内部）１２ｂには、監視装置１０を構成するコントローラ１６が配置される。コントローラ１６に接続される受信アンテナ（受信機構）１８は、前記燃料電池スタック１４に近接して配置される。
燃料電池スタック１４は、複数の発電セル（燃料電池）２０を矢印Ａ方向（車長方向）に積層しており、前記発電セル２０の積層方向両端部には、ターミナルプレート２２ａ、２２ｂと、絶縁プレート２４ａ、２４ｂと、エンドプレート２６ａ、２６ｂとが、順次、設けられる。エンドプレート２６ａ、２６ｂが図示しないタイロッド等によって締め付けられることにより、燃料電池スタック１４が組み付けられる。
図２及び図３に示すように、発電セル２０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３２が、第１及び第２金属セパレータ３４、３６に挟持されて構成される。第１及び第２金属セパレータ３４、３６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ている。
発電セル２０の矢印Ｂ方向（図２中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔４２ｂ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔４４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
発電セル２０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔４４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔４２ａ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔４０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
電解質膜・電極構造体３２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４６と、前記固体高分子電解質膜４６を挟持するアノード側電極４８及びカソード側電極５０とを備える。アノード側電極４８は、カソード側電極５０よりも大きな表面積を有している。
アノード側電極４８及びカソード側電極５０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４６の両面に接合されている。
図２に示すように、第１金属セパレータ３４のカソード側電極５０に向かう面３４ａには、酸化剤ガス入口連通孔４０ａと酸化剤ガス出口連通孔４０ｂとに連通し、例えば、矢印Ｂ方向に延在する直線状の酸化剤ガス流路５２が設けられる。第２金属セパレータ３６のアノード側電極４８に向かう面３６ａには、燃料ガス入口連通孔４４ａと燃料ガス出口連通孔４４ｂとに連通し、矢印Ｂ方向に延在する直線状の燃料ガス流路５４が形成される。
第１金属セパレータ３４の面３４ｂと第２金属セパレータ３６の面３６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔４２ａと冷却媒体出口連通孔４２ｂとに連通する冷却媒体流路５６が形成される。この冷却媒体流路５６は、矢印Ｂ方向に直線状に延在する。
第１金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第１金属セパレータ３４の外周端部を周回して第１シール部材６０が、例えば、焼き付け等により一体化される。第１シール部材６０は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、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を使用する。
図２及び図３に示すように、第１金属セパレータ３４の面３４ａには、この第１金属セパレータ３４の外周端部から内方にそれぞれ所定の距離だけ離間して第１シール部材６０を構成する複数の第１突部６２ａが一体化される。第１突部６２ａは、酸化剤ガス流路５２を囲繞するとともに、前記酸化剤ガス流路５２と酸化剤ガス入口連通孔４０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔４０ｂとを連通する。
第１金属セパレータ３４の面３４ｂには、この第１金属セパレータ３４の外周端部から内方にそれぞれ所定の距離だけ離間して第１シール部材６０を構成する複数の第２突部６２ｂが一体化される。第２突部６２ｂは、冷却媒体流路５６を囲繞するとともに、前記冷却媒体流路５６と冷却媒体入口連通孔４２ａ及び冷却媒体出口連通孔４２ｂとを連通する。
図２〜図４に示すように、第２金属セパレータ３６の面３６ａ、３６ｂには、この第２金属セパレータ３６の外周端部を周回して第２シール部材６４が一体化される。この第２シール部材６４は、上記の第１シール部材６０と同一の材料で構成される。第２金属セパレータ３６の面３６ａには、この第２金属セパレータ３６の外周端部に近接して第２シール部材６４を構成する第１平面部６６ａが一体化される。第２金属セパレータ３６の面３６ｂには、第１平面部６６ａよりも長尺な第２平面部６６ｂが一体化される。
図３に示すように、第１平面部６６ａは、第１シール部材６０の第１突部６２ａと密着するとともに、第２平面部６６ｂは、第１シール部材６０の第２突部６２ｂと密着可能である。第１平面部６６ａは、電解質膜・電極構造体３２の外周端部に摺接する位置を周回する一方、第２平面部６６ｂは、アノード側電極４８に所定の範囲にわたって重合する位置を周回する。
図２及び図４に示すように、第１平面部６６ａは、燃料ガス入口連通孔４４ａ及び燃料ガス出口連通孔４４ｂを燃料ガス流路５４に連通する。第２平面部６６ｂは、冷却媒体入口連通孔４２ａ及び冷却媒体出口連通孔４２ｂを冷却媒体流路５６に連通する。
第１金属セパレータ３４には、図２及び図３に示すように、冷却媒体出口連通孔４２ｂと燃料ガス出口連通孔４４ｂとの間に、面３４ａが露呈し且つ第１突部６２ａに囲繞されるシール空間部６８が形成される。第２金属セパレータ３６には、図２〜図４に示すように、第１金属セパレータ３４の第１突部６２ａが第１平面部６６ａに密着する際、前記第１金属セパレータ３４との間にシール空間部６８を形成し且つ面３６ａが露呈する部位に、監視装置１０を構成する装置本体７０が装着される。
図３に示すように、装置本体７０は、内部情報検知機構、例えば、発電セル２０に発生する電圧を測定するための電圧測定センサ７２と、前記電圧測定センサ７２により測定された電圧を無線によって受信アンテナ１８に送信する送信機構７４とを備える。電圧測定センサ７２及び送信機構７４は、磁気・耐熱シールド部材７６に埋設されて第２金属セパレータ３６の面３６ａに固着される。
電圧測定センサ７２は、第１金属セパレータ３４の面３４ａに電気的に接続される正極側端子７８ａと、第２金属セパレータ３６の面３６ａに電気的に接続される負極側端子７８ｂとを設ける。この電圧測定センサ７２は、導線８０を介して送信機構７４に接続されるとともに、この送信機構７４には、導線８２を介して電源部８４が接続される。
電源部８４は、発電セル２０の運転時に発生する電力又は磁界による発電によって、送信機構７４及び電圧測定センサ７２に電力を供給する。電源部８４は、第２金属セパレータ３６の面３６ａに接続された状態で、第１平面部６６ａに埋設される。
なお、装置本体７０は、各発電セル２０毎に設ける必要はなく、複数の発電セル２０毎に、あるいは、電圧測定が特に望まれる発電セル２０のみに、前記装置本体７０を組み込めばよい。
このように構成される燃料電池スタック１４の動作について、監視装置１０との関連で以下に説明する。
先ず、図２に示すように、酸化剤ガス入口連通孔４０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔４４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔４２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔４０ａから第１金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５２に導入され、矢印Ｂ方向に移動しながら電解質膜・電極構造体３２を構成するカソード側電極５０に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔４４ａから第２金属セパレータ３６の燃料ガス流路５４に導入され、矢印Ｂ方向に移動しながら電解質膜・電極構造体３２を構成するアノード側電極４８に供給される。
従って、電解質膜・電極構造体３２では、カソード側電極５０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４８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。
カソード側電極５０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード側電極４８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔４４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
また、冷却媒体入口連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、第１及び第２金属セパレータ３４、３６間の冷却媒体流路５６に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４２ｂから排出される。
この場合、本実施形態では、図３に示すように、各発電セル２０又は任意の発電セル２０に形成されたシール空間部６８に、監視装置１０を構成する装置本体７０が組み込まれている。この装置本体７０では、第１金属セパレータ３４の面３４ａと第２金属セパレータ３６の面３６ａとにそれぞれ端子７８ａ、７８ｂを介して電圧測定センサ７２が電気的に接続されており、発電セル２０の運転時に発生する電圧が前記電圧測定センサ７２により検出される。そして、電圧測定センサ７２により検出された電圧情報は、導線８０を介して送信機構７４に送られ、この送信機構７４から無線送信により受信アンテナ１８に送られる。
受信アンテナ１８は、コントローラ１６に接続されており、発電セル２０で発生する電圧がこのコントローラ１６によって検出される。このため、燃料電池スタック１４の運転時に発生する発電セル２０の電圧は、監視装置１０により、常時、検出可能である。
その際、本実施形態では、電圧測定センサ７２により検出された電圧信号は、送信機構７４を介して無線送信により受信アンテナ１８に送られるため、第１及び第２金属セパレータ３４、３６には、外部に突出する端子やリード線等が不要になる。無線送信による非接触型モニタリング方式を採用するからである。
これにより、第１及び第２シール部材６０、６４は、第１及び第２金属セパレータ３４、３６間で装置本体７０をシールするだけでよく、シール構造が一挙に簡素化するとともに、リアルタイムで発電セル２０のセル電圧を容易且つ高精度に検知することができるという効果が得られる。しかも、発電セル２０内に電圧測定センサ７２が組み込まれるため、接触抵抗等による電圧降下が阻止され、前記発電セル２０に発生するセル電圧を一層正確に測定することが可能になる。
さらにまた、装置本体７０は、第１金属セパレータ３４の第１突部６２ａが第２金属セパレータ３６の第１平面部６６ａに密着して外部から遮蔽されるシール空間部６８に配置されている。従って、シール空間部６８に不純物が進入することを確実に阻止することができ、電圧測定センサ７２や送信機構７４の劣化や故障を阻止することが可能になるという利点がある。
なお、電圧測定センサ７２又は送信機構７４のいずれかに、劣化や故障のおそれが少ない場合には、一方のみをシール空間部６８に収容してもよい。
また、本実施形態では、内部情報検知機構として電圧測定センサ７２を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、発電セル２０の内部圧力、内部湿度又は内部温度等の種々の運転状況を検知するための各種のセンサを用いることができる。
本発明に係る燃料電池の監視装置が車両に搭載された状態の概略構成図である。 発電セルの要部分解斜視図である。 前記発電セルの断面説明図である。 前記燃料電池を構成する第２金属セパレータの正面説明図である。 特許文献１の燃料電池スタックの分解説明図である。
符号の説明
１０…監視装置 １２…車両
１４…燃料電池スタック １６…コントローラ
１８…受信アンテナ ２０…発電セル
３２…電解質膜・電極構造体 ３４、３６…金属セパレータ
４０ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ４０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
４２ａ…冷却媒体入口連通孔 ４２ｂ…冷却媒体出口連通孔
４４ａ…燃料ガス入口連通孔 ４４ｂ…燃料ガス出口連通孔
４６…固体高分子電解質膜 ４８…アノード側電極
５０…カソード側電極 ５２…酸化剤ガス流路
５４…燃料ガス流路 ５６…冷却媒体流路
６０、６４…シール部材 ６２ａ、６２ｂ…突部
６６ａ、６６ｂ…平面部 ６８…シール空間部
７０…装置本体 ７２…電圧測定センサ
７４…送信機構 ８４…電源部

Claims (2)

  1. 電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体を、前記電解質・電極構造体よりも寸法の大きな第１及び第２セパレータにより挟持する燃料電池の運転状況を監視するための燃料電池の監視装置であって、
    前記燃料電池の内部情報を検知する内部情報検知機構と、
    前記検知された内部情報を無線送信する送信機構と、
    前記燃料電池の外部に配設され、前記無線送信された内部情報を受信する受信機構と、
    を備えるとともに、
    前記第１セパレータの前記電解質・電極構造体と接する面側に設けられた第１シール部材と、前記第２セパレータの前記電解質・電極構造体と接する面側に設けられた第２シール部材とは、互いに対向して密着することにより、セパレータ外周端部と前記電解質・電極構造体の外周との間に、外部から遮蔽されて不純物の進入を阻止可能なシール空間部を形成し、
    前記シール空間部には、前記内部情報検知機構及び前記送信機構が収容されることを特徴とする燃料電池の監視装置。
  2. 請求項１記載の監視装置において、前記内部情報検知機構は、前記燃料電池のセル電圧を測定する電圧測定センサを備えることを特徴とする燃料電池の監視装置。
JP2004006375A 2004-01-14 2004-01-14 燃料電池の監視装置 Expired - Fee Related JP4585767B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004006375A JP4585767B2 (ja) 2004-01-14 2004-01-14 燃料電池の監視装置
GB0724391A GB2443105B (en) 2004-01-14 2004-05-12 Semiconductor device and its control method
US11/025,383 US7416797B2 (en) 2004-01-14 2004-12-29 Monitor device for fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004006375A JP4585767B2 (ja) 2004-01-14 2004-01-14 燃料電池の監視装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005203158A JP2005203158A (ja) 2005-07-28
JP4585767B2 true JP4585767B2 (ja) 2010-11-24

Family

ID=34737258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004006375A Expired - Fee Related JP4585767B2 (ja) 2004-01-14 2004-01-14 燃料電池の監視装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7416797B2 (ja)
JP (1) JP4585767B2 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5167617B2 (ja) * 2006-09-19 2013-03-21 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
WO2009081205A2 (en) * 2007-12-20 2009-07-02 Enecsys Limited Grid synchronisation
WO2011030651A1 (ja) * 2009-09-09 2011-03-17 コニカミノルタホールディングス株式会社 燃料電池装置
JP5728283B2 (ja) * 2011-04-22 2015-06-03 本田技研工業株式会社 燃料電池
DE102012221076A1 (de) * 2012-11-19 2014-05-22 Siemens Aktiengesellschaft Energiespeicherzelle zur Speicherung elektrischer Energie
DE102015221594A1 (de) * 2015-11-04 2017-05-04 Volkswagen Ag Verfahren zur Fertigung eines Brennstoffzellenstapels sowie für das Verfahren geeignete Bipolarplatte

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003243015A (ja) * 2002-02-14 2003-08-29 Denso Corp 燃料電池スタック用電池状態モニタ装置
JP2007515050A (ja) * 2003-12-19 2007-06-07 バラード パワー システムズ インコーポレイティド Ｒｆｉｄデバイスを用いた燃料電池モニタリング

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4069494B2 (ja) 1998-05-29 2008-04-02 アイシン精機株式会社 セル電圧測定端子付き燃料電池スタック
US6522955B1 (en) * 2000-07-28 2003-02-18 Metallic Power, Inc. System and method for power management
JP3870719B2 (ja) 2001-05-25 2007-01-24 トヨタ自動車株式会社 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

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003243015A (ja) * 2002-02-14 2003-08-29 Denso Corp 燃料電池スタック用電池状態モニタ装置
JP2007515050A (ja) * 2003-12-19 2007-06-07 バラード パワー システムズ インコーポレイティド Ｒｆｉｄデバイスを用いた燃料電池モニタリング

Also Published As

Publication number Publication date
US7416797B2 (en) 2008-08-26
JP2005203158A (ja) 2005-07-28
US20050153174A1 (en) 2005-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6949920B2 (en) Apparatus for measuring current density of fuel cell
US7846589B2 (en) Fuel cell having separator with cell voltage terminal
US8278002B2 (en) Fuel-cell and fuel cell system including the same
US9373854B2 (en) Solid polymer fuel cell
JP2002367652A (ja) 燃料電池収容ケース
JP4585767B2 (ja) 燃料電池の監視装置
JP4362266B2 (ja) 燃料ガスの供給不足検出方法および燃料電池の制御方法
US20060216558A1 (en) Monitor connection of fuel cell stack
US9190691B2 (en) Fuel cell stack
JP4886203B2 (ja) 燃料電池スタックの制御方法
JP2007188860A (ja) 電圧検出端子を有するガスケットを備えた燃料電池システム
JP6632611B2 (ja) 汚染物質を検出するための燃料電池
JP5778056B2 (ja) 燃料電池
KR20120136823A (ko) 내부온도 측정이 가능한 연료전지의 스택
JP2009129847A (ja) 燃料電池システム
JP5694123B2 (ja) 燃料電池
JP5167708B2 (ja) 燃料電池スタック
JP2006216333A (ja) 燃料電池スタック
JP4711213B2 (ja) 燃料電池スタック及び燃料電池スタックケース
JP4505315B2 (ja) 燃料電池
JPH0456074A (ja) 燃料電池の計測用センサー取付装置
JP2006172850A (ja) 燃料電池スタック
JP5945466B2 (ja) 燃料電池用電位測定装置
US11796503B2 (en) Water detecting device and method of water detection
US20100136444A1 (en) Electrical bridge for fuel cell plates

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061128

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100412

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100420

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100615

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100706

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100812

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: 20100831

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100906

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4585767

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130910

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140910

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees