JP4816868B2

JP4816868B2 - 燃料電池スタックのセル電圧測定構造

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Publication number: JP4816868B2
Application number: JP2005046003A
Authority: JP
Inventors: 圭吾池添
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: US20050214600A1; JP2005310753A; US7504831B2; DE602005009759D1; EP1580829B1; EP1580829A1

Description

本発明は、導電性セパレータを含む単位セルを複数積層して構成した燃料電池スタックのセル電圧測定構造に関する。

燃料電池システムは、燃料がもつ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する装置であり、電解質膜を挟んで設けた一対の電極のうち陽極に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の陰極に酸素を含有する酸素剤ガスを供給し、これら一対の電極の電解質膜側の表面で生じる下記の電気化学反応を利用して電極から電気エネルギを取り出す（例えば、下記特許文献１参照）。

陽極反応：Ｈ₂→２Ｈ＋＋２ｅ− ―――（１）
陰極反応：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ ―――（２）
陽極に供給する燃料ガスは、水素貯蔵装置から直接供給する方法や、水素を含有する燃料を改質した水素含有ガスを供給する方法が知られている。水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどがある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリンなどが考えられる。陰極に供給する燃料ガスとしては、一般的に空気を利用する。

こうした燃料電池システムは、上記した一対の電極を、導電性のセパレータで挟んで単位セルを構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタックとして通常は使用する。ここで、各単位セル毎に、正常な発電が行われていることを確認するとともに、セル電圧に基づいて反応ガスの流量制御を行ったり、異常電圧の場合にシステムにフェールセーフ機能を動作させるために、セル電圧をモニタ（測定）する必要がある。

例えば、下記特許文献２は、セル電圧をモニタするために、各単位セルのセパレータの側端面に２つずつ丸穴を形成し、すなわちセルのアノード側セパレータとカソード側セパレータに１つずつ丸穴を形成し、この丸穴に１本１本モニタピン端子を差しこむセル電圧測定構造を提案している。

また、下記特許文献３では、ばね性を有するコ字状の金属板をセパレータに設けた凹部に挟着して各単位セル電圧のモニタをする構造を提案している。

さらに、下記特許文献４では、弾性変形可能なセル電圧モニタ部材を、単位セルに設けた窪みに押し当てて弾性変形させることにより、単位セルとセル電圧モニタ部材との接触が緩まないようするセル電圧測定構造を提案している。
特開平８−１０６９１４号公報特開平９−２８３１６６号公報特開２００２−３５８９９３号公報特開２００３−８６２０５号公報

ところで、各単位セルの積層方向の位置については、セパレータの板厚精度のばらつきや、シール材の潰れ代のばらつき、電極表面のガス拡散層の潰れ代のばらつきなどに起因して、単位セルピッチがばらついてしまうため、精度良く限定することは不可能である。また、発電運転中の熱による各部材の変形によっても各単位セルの位置は動いてしまう。

これらの理由から、上記した従来の技術では、電圧測定端子を単位セル１枚１枚に取り付けることにより、単位セルが積層方向に位置ずれしても、電圧測定端子が単位セルから外れないような構造をとって対応している。

ところが、電圧測定端子を単位セル１枚１枚に取り付けるということは、作業工程上膨大な工数がかかり、結果的にコスト高になってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、単位セルの積層方向の位置ばらつきを吸収しつつ、燃料電池スタックへの電圧測定端子の取付作業を容易なものとすることを目的としている。

本発明は、アノード導電性セパレータ，カソード導電性セパレータを含む単位セルを複数積層して構成した燃料電池スタックを有するとともに、ある単位セルのアノード導電性セパレータとそれに接して隣接する単位セルのカソード導電性セパレータからなる単位セパレータ組の外周縁の一端部にそれぞれ接触する導電性の電圧測定端子を備えた電圧測定ユニットを有し、前記電圧測定端子が接触する単位セパレータ組に隣接する単位セパレータ組に、前記電圧測定端子が接触しない非接触部を設け、前記単位セパレータ組の外周縁の一端部の前記電圧測定端子が接触する接触部は、前記電圧測定端子が接触しない非接触部に対し、前記単位セパレータ組の外周縁の一端部が突出しており、前記電圧測定端子の前記単位セルの積層方向長さを、前記単位セルの積層方向厚さ以上として、前記電圧測定端子を備えた前記電圧測定ユニットを前記燃料電池スタックの一側面に接触させる燃料電池スタックのセル電圧測定構造であって、前記電圧測定端子と接触する接触部を前記単位セルの積層方向に沿って重なる位置にそれぞれ備えた第１の単位セパレータ組および第２の単位セパレータ組を設け、これら第１，第２の単位セパレータ組相互間に、第１，第２の単位セパレータ組の前記接触部と前記積層方向に沿って重なる位置に前記非接触部を備えた第３の単位セパレータ組を配置し、この第３の単位セパレータ組の数に応じて、前記各単位セパレータ組に、前記非接触部を複数設けるとともに、前記接触部を前記積層方向に沿って重ならないよう互いにずらして設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、各単位セルのセル電圧を測定する際には、単位セル毎に電圧測定端子を取り付けることなく、複数の電圧測定端子を備えた電圧測定ユニットを、燃料電池スタックの一側面に押し付けて取り付ければよいので、燃料電池スタックへの電圧測定端子の取付作業を容易なものとしてセル電圧を測定することができる。また、電圧測定端子が接触する単位セパレータ組に隣接する単位セパレータ組に、電圧測定端子が接触しない非接触部を設けているので、単位セルの積層方向の位置ばらつきがあっても、電圧測定端子を所定の単位セルにのみ接触させることができる。
また、電圧測定端子と接触する部位を単位セルの積層方向に沿って重なる位置にそれぞれ備えた第１の単位セパレータ組および第２の単位セパレータ組を設け、これら第１，第２の単位セパレータ組相互間に、第１，第２の単位セパレータ組の電圧測定端子と接触する部位と積層方向に沿って重なる位置に電圧測定端子と接触しない非接触部を備えた第３の単位セパレータ組を配置し、この第３の単位セパレータ組の数に応じて、各単位セパレータ組に、非接触部を複数設けるとともに、電圧測定端子と接触する部位を積層方向に沿って重ならないよう互いにずらして設けたので、単位セル（単位セパレータ組）の積層方向の位置ばらつきがあっても、電圧測定端子を所定の単位セパレータ組にのみ接触させつつ、燃料電池スタックへの電圧測定端子の取付作業を容易なものとしてセル電圧を測定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池スタックのセル電圧測定構造を備える燃料電池スタックＳの簡略化した斜視図である。燃料電池スタックＳは、導電性セパレータとしてのアノード側およびカソード側の各セパレータ、電解質膜の両側に一対の電極を備えた膜電極複合体、シールなどを組み合わせて構成した単位セルを複数積層している。

図１では、ある単位セルのアノード側のセパレータとそれに接して隣接する単位セルのカソード側のセパレータの２枚を貼り合わせて構成した単位セパレータ組１を、単位セパレータ組１ａ，１ｂ，１ｃ…１ｔとしてその間に、電解質膜の両側に一対の電極を備えた膜電極複合体、シールなどを挟みながら複数積層している。（ただし、両端部の単位セパレータ組１ａ，１ｔについては、それぞれアノード側のセパレータ，カソード側のセパレータと電流取出板を貼り合わせて構成される。）
この燃料電池スタックＳの一側面において、それぞれの単位セパレータ組１ａ，１ｂ，１ｃ…１ｔについて、その外周縁の一端部に４個所の凹部としての切欠３を設けている。

なお、実際の燃料電池スタックでは、単位セルの他に前記した電流取出板や積層加圧するための積層方向両端に配置するエンドプレート、両端のエンドプレート相互間を締め付けるタイロッド、ガスを供給するためのマニホールドなど種々の構成部材があるが、ここでは省略している。

ここで、図１中で最も手前側に位置する単位セパレータ組１aは、４箇所の切欠３を図中で上端部付近から順に切欠３ａ1，３ａ2，３ａ3，３ａ4として形成し、下端付近については、切欠３を設けず、この切欠３を設けていない部位を、後述する電圧測定端子５が接触する電圧測定端子接触部７ａとしている。

上記した単位セパレータ組１ａに隣接する単位セパレータ組１ｂは、単位セパレータ組１ａにおける最下部（上から４番目）の切欠３ａ4に積層方向に沿って重なる位置に、電圧測定端子５が接触する電圧測定端子接触部７ｂを設け、その上部側には上端部付近から切欠３ｂ1，３ｂ2，３ｂ3を順次設け、電圧測定端子接触部７ｂの下部、すなわち単位セパレータ組１ａにおける電圧測定端子接触部７ａに積層方向に沿って重なる位置に、切欠３ｂ4を設けている。

同様にして、単位セパレータ組１ｂに隣接する単位セパレータ組１ｃは、単位セパレータ組１ａにおける上から３番目の切欠３ａ3に積層方向に沿って重なる位置に、電圧測定端子５が接触する電圧測定端子接触部７ｃを設けている。さらに、単位セパレータ組１ｃに隣接する単位セパレータ組１ｄは、単位セパレータ組１ａにおける上から２番目の切欠３ａ2に積層方向に沿って重なる位置に、電圧測定端子５が接触する電圧測定端子接触部７ｄを設けている。

このようにして単位セパレータ組１ａ〜１ｅまでの５個の単位セパレータ組１を１セットとして、電圧測定端子接触部７（７ａ〜７ｅ）の位置を順次移動させていき、次の１セットの最初の単位セパレータ組、すなわち単位セパレータ組１ｅに隣接する単位セパレータ組１ｆでは、電圧測定端子接触部７ｆの位置を、単位セパレータ組１ａと同様に下端付近とし、以下同様に電圧測定端子接触部７の位置を順次ずらして単位セパレータ組１を積層する。

これにより、図１のような燃料電池スタックＳとなるが、この燃料電池スタックＳを切欠３がある面の正面から見た図が図２である。図２では、各単位セパレータ組１を構成するアノード側のセパレータＡ、カソード側のセパレータＣおよび両端の電流取出板Ｐを、個別に１枚ずつ記載している。また、互いに隣接する単位セパレータ組１相互間には、膜電極接合体Ｍが存在する。

図２に示すように、単位セパレータ組１fの切欠３のない部位（電圧測定端子接触部７ｆ）は、その積層方向両側とも単位セパレータ組４個分が、切欠３を備えている状態であり、つまり、単位セパレータ組１ｆを含み両側単位セパレータ組２個分を合わせた単位セパレータ組５個分の長さの電圧測定端子５が、単位セパレータ組１fの電圧測定端子接触部７ｆに接触していれば、単位セパレータ組１fについては、単位セル（単位セパレータ組）が積層方向に２．５個分位置がずれてもその接触状態を確保でき、問題なくセル電圧の測定ができることになる。

この場合、セパレータは、切欠３の位置を変えると仕様が増えてしまい、コスト高になるように思えるが、モールド加工のような場合には、モールド型の切欠を付けたい位置に取り外し可能な型部品を設けておき、数枚毎に型上のその型部品の位置を変更することによって切欠の位置の異なった数種類のセパレータを容易かつ安価に製造することができる。

図３は、電圧測定端子５を備えた電圧測定ユニット９の第１の実施形態を示す平面図である。これは、非導電性のプレート１１上に、例えば金属のような導電性部材からなる電圧測定端子５を例えば接着により固定配置し、その電圧測定端子５に配線１３を接続してそれぞれの電圧を図示しない中継端子などに送る構成としている。

図４は、図２の燃料電池スタックＳの切欠３を有する一側面に、図３の電圧測定ユニット９を重ねた平面図である。図４に示すように、単位セパレータ組１の電圧測定端子５が接触する電圧測定端子接触部７は、両隣の複数個の単位セパレータ組１の電圧測定端子接触部７とは独立して存在しているので、電圧測定端子５が１個の単位セル（単位セパレータ組１）の積層方向厚さ以上の長さであっても、切欠３によって隣の単位セパレータ組１への接触を回避でき、該当単位セパレータ組が板厚精度のばらつきなどによって積層方向にずれたとしても、電圧測定端子５との接触は確実に保持され、問題なくセル電圧を測定できる。

また、複数の電圧測定端子５を一体に備える電圧測定ユニット９を、燃料電池スタックＳに取り付ければよいので、電圧測定端子を単位セル毎に取り付ける必要がなく、したがって作業工程を簡素化でき、結果的にコスト低下を図ることができる。

さらに、電圧測定端子５を燃料電池スタックＳのセパレータに押し付ければよく、電圧測定端子取付用の穴などをセパレータに設ける必要がなく、したがってセル電圧測定の際の燃料電池運転中の振動などによるセパレータの損傷を防止することができる。

なお、上記した第１の実施形態では、切欠３の位置を５種類にして単位セルの積層方向のずれを、単位セル（単位セパレータ組１）の±２．５個分許容しているが、単位セル（単位セパレータ組１）の積層方向のずれ量に応じて切欠３の位置を減らしても増やしてもよい。

図５は、本発明の第２の実施形態に係わる電圧測定ユニット９Ａを示す、電圧測定端子５Ａ側から見た斜視図である。この実施形態は、電圧測定端子５Ａを弾性部材で構成し、その両端部５Ａａを屈曲させて非導電性のプレート１１Ａ上に固定し、中央部を非導電性のプレート１１Ａに対して僅かに浮いた状態としている。

電圧測定端子５Ａの中央部を浮いた状態とすることにより、図６に示すように単位セパレータ組１の電圧測定端子接触部７と電圧測定端子５Ａとの接触面を、電圧測定端子５Ａが弾性変形するまで押し当てることができる。これにより、単位セパレータ組１の電圧測定端子接触部７と電圧測定端子５Ａとの接触を確実なものとし、燃料電池運転中に温度変化による各種部材の変形によって単位セル（単位セパレータ組１）の位置がずれたとしても、安定してセル電圧を測定することができる。

図７は、本発明の第３の実施形態に係わる電圧測定ユニット９Ｂを示す斜視図である。この実施形態の前記図５に示した第２の実施形態との違いは、電圧測定端子５Ｂを非常に薄い平板の導電性部材としていることと、電圧測定端子５Ｂが柔軟性のある弾性プレートとしての非導電性のプレート１１Ｂに設けていることである。

上記した電圧測定ユニット９Ｂを、図４と同様に燃料電池スタックＳの切欠３のある面に重ね、導電性を有する接着材で密着させて固定させることにより、単位セル１の測定部位に凹凸やずれがあったり、燃料電池運転中に温度変化による各種部材の変形が生じても、柔軟性のある非導電性プレート１１Ｂが追従して接触不良を回避し、安定してセル電圧を測定することができる。

また、電圧測定ユニット９Ｂ全体が単なる薄い平板となるので、燃料電池システムとしてスペース効率が向上するという利点がある。

次に、図８を用いて本発明の第４の実施例を説明する。この実施形態は、電圧測定ユニット９Ｃの燃料電池スタックＳに対する位置決め方法に関する。

本実施形態の位置決め方法は、電圧測定ユニット９Ｃにおける非導電性のプレート１１Ｃを二つ備え、この各プレート１１Ｃのそれぞれの一方の端部を、積層した単位セルの両端に設けたエンドプレート１５，１７に重ね、ロケートピン１９を導電性のプレート１１Ｃの上からエンドプレート１５，１７に挿入して固定する。

この場合の電圧測定ユニット９Ｃは、一方のエンドプレート１５に位置決めする測定ユニット分割体９１と、他方のエンドプレート１７に位置決めする測定ユニット分割体９２に、積層方向中央部にて二つに分割されることになる。

この実施形態では、各測定ユニット分割体９１，９２が、それぞれ位置決めしたエンドプレート１５，１７に最も近い単位セルから最も遠い単位セルまでの単位セル数が、電圧測定ユニットを分割しない場合に比べて半減するので、製造バラつきを考慮しての単位セルの積層方向のずれ量が分割しない場合に比べて半減し、切欠３の数を減らすことができる。

例えば、燃料電池スタックＳにおける全数の単位セルのセル電圧を測定するための分割していない一体化した電圧測定ユニットを取り付けた場合には、片側のエンドプレート１５に位置決めした電圧測定ユニットは、反対側のエンドプレート１７に近付くほどずれ量が増幅されてしまうため、そのずれ量があっても吸収できる程度の切欠３の数が必要となってくる。つまり、単位セル数が増えるほど切欠３の数が増えてしまう。切欠３の数が増えると、単位セルの仕様差異が増えることとなり、部品を管理する工数が増えたり、積層時に作業が煩雑になるなど好ましくない。したがって、できるだけ切欠３の数は最小限にすることが好ましい。

次に、図９を用いて本発明の第５の実施形態を説明する。この実施形態は、図９（ａ）に示すように、単位セパレータ組１を、燃料電池スタックＳの切欠３を備えた一端面１９を基準面として積層し、この一端面１９を各単位セパレータ組１同士で同一面となるよう揃えている。

これにより、電圧測定端子５との接触が各単位セパレータ組１相互で均一化するので、接触不良を防止でき、安定して各単位セルのセル電圧を測定することができる。

図９（ｂ）は、切欠３のある一端面１９を基準面とせずに単位セパレータ組１を積層した例であり、この場合には、一端面１９が各単位セパレータ組１同士で同一面とならずに不揃いとなっており、ここに電圧測定端子をセットしても、接触不良を起こす不具合が生じてしまう。

次に、単位セパレータ組１に設ける切欠３の数を決める方法について以下に説明する。

例えば、単位セルを１５０個積層する燃料電池スタックＳにおいて、その単位セルのピッチを例えば２．５ｍｍ±０．０５ｍｍとする。この精度については、セパレータをモールドで成型するときの工程能力と、ＧＤＬ（電極表面のガス拡散層）やシールの厚さ精度の工程能力から決める。

ここで、一方のエンドプレート側の単位セル（１番目の単位セル）から最も離れた単位セル（１５０番目の単位セル）での積層方向の位置ずれ量の最大値は、０．０５ｍｍ×１５０個＝７．５ｍｍとなる。この７．５ｍｍをセルピッチ２．５ｍｍで割ると３となり、１５０番目の単位セルは最大３セル分だけ、プラス方向かマイナス方向にずれることになる。

したがって、全体で６セル分、左右それぞれに３セル分ばらつく可能性があり、１つの単位セパレータ組１につき６箇所、つまり１つの単位セルにつきアノード側、カソード側片方のものも含めると７箇所の切欠３が必要となる。

このように単位セルの積層個数とセルピッチおよびピッチ精度から切欠３の必要数を計算でき、無駄な切欠３を設定することなく単位セルの仕様差を最小限に抑えることができる。また、電圧測定端子の必要長さは上記例では最大ずれ量が両側に７．５ｍｍずつとなり、それに自セルのピッチを加えて電圧測定端子の長さは１７．５ｍｍ（７．５ｍｍ×２＋２．５ｍｍ）とすればよい。

上記した切欠３の数については、セパレータやシールなどの材料精度ばらつきの実力値や量産時に現実的な積層個数、セパレータ厚さなどを加味して７箇所以下にすることが好ましく、またそれに応じて電圧測定端子の長さは２０ｍｍ以下にすることが好ましい。

以上の例では、単位セパレータ組１に複数の切欠３を設け、複数の単位セパレータ組１毎に切欠３がない部分を互いに異なった位置に設けてセル電圧測定部位の積層方向のずれに対応し、安価で信頼性の高いセル電圧測定方法を提案しているが、切欠３ではなく、複数の単位セパレータ組毎に異なった位置に、電圧測定端子が接触する凸部を設け、その凸部でセル電圧を測定するようにしても同様の効果が得られる。この場合単位セパレータ組の凸部がない部分が、電圧測定端子が接触しない非接触部となる。

前記電圧測定端子が接触しない非接触部を、前記単位セパレータ組の外周縁の一端部に設けた凹部とすることで、単位セル（単位セパレータ組）の積層方向の位置ばらつきがあっても、電圧測定端子を所定の単位セパレータ組にのみ接触させることができる。

前記電圧測定端子が接触する部位を、前記単位セパレータ組の外周縁の一端部に設けた凸部とすることで、単位セル（単位セパレータ組）の積層方向の位置ばらつきがあっても、電圧測定端子を所定の単位セパレータ組にのみ接触させることができる。

前記電圧測定端子と接触する部位を前記単位セルの積層方向に沿って重なる位置にそれぞれ備えた第１の単位セパレータ組および第２の単位セパレータ組を設け、これら第１，第２の単位セパレータ組相互間に、第１，第２の単位セパレータ組の前記電圧測定端子と接触する部位と前記積層方向に沿って重なる位置に前記電圧測定端子と接触しない非接触部を備えた第３の単位セパレータ組を配置し、この第３の単位セパレータ組の数に応じて、前記各単位セパレータ組に、前記非接触部を複数設けるとともに、前記電圧測定端子と接触する部位を前記積層方向に沿って重ならないよう互いにずらして設けたので、単位セル（単位セパレータ組）の積層方向の位置ばらつきがあっても、電圧測定端子を所定の単位セパレータ組にのみ接触させつつ、燃料電池スタックへの電圧測定端子の取付作業を容易なものとしてセル電圧を測定することができる。

前記電圧測定端子の前記積層方向長さを、前記第３の単位セパレータ組の数に応じて設定するので、振動や製造ばらつきによる単位セルの積層方向のずれを確実に吸収して、電圧測定端子を所定の単位セパレータ組にのみ確実に接触させことができる。

前記電圧測定端子を弾性部材とし、この電圧測定端子を非導電性のプレート上に設けて前記電圧測定ユニットとし、この電圧測定ユニットを前記燃料電池スタックの一側面に押し当てたときに、前記電圧測定端子が弾性変形した状態で前記単位セパレータ組の外周縁の一端部に接触するので、電圧測定端子と単位セパレータ組との接触の緩みを防止でき、セル電圧測定の信頼性が向上する。

前記電圧測定端子を非導電性の弾性プレート上に設けて前記電圧測定ユニットとし、前記電圧測定端子を、接触する単位セパレータ組に対し、導電性を有する接着剤により接着するので、電圧測定ユニットを薄い平面状の部材で構成でき、燃料電池システムとしてスペース効率が向上する。

前記電圧測定ユニットを、前記単位セルの積層方向に二分割し、この二分割した各測定ユニット分割体を、燃料電池スタックの前記積層方向両端に位置決め固定するので、各測定ユニット分割体が、それぞれ位置決めした燃料電池スタックの積層方向端部に最も近い単位セルから最も遠い単位セルまでの単位セル数が、電圧測定ユニットを分割しない場合に比べて半減するので、製造バラつきを考慮しての単位セルの積層方向のずれ量が分割しない場合に比べて半減し、単位セパレータ組における電圧測定端子が接触しない非接触部の数を減らすことができる。これにより、単位セルの仕様差が減少（形状の異なるセパレータが減少）するので、製造コストの低減を図ることができる。

前記導電性セパレータを長方形とし、前記各単位セル（単位セパレータ組）を、前記電圧測定端子と接触する側の一端部を互いに揃えた状態で積層するので、電圧測定端子との接触が各単位セル相互で均一化し、これにより接触不良を防止でき、安定して各単位セルのセル電圧を測定することができる。

前記各単位セパレータ組における前記各電圧測定端子との非接触部の数は、前記単位セルピッチの寸法公差に前記単位セルの積層枚数を乗じたものを、前記寸法公差を除いた前記単位セルピッチで割った数値に基づいて決定するので、単位セルピッチの積層方向のばらつきを加味して最適なセパレータ仕様を決定することができ、形状（仕様）の異なるセパレータを少なくしてコストを抑えることができる。

前記単位セパレータ組における前記各電圧測定端子との非接触部の数を、各単位セルあたり７個以下とすることで、セパレータやシールなどの材料精度ばらつきの実力値や量産時に現実的な単位セルの積層個数やセパレータ厚さに対応できる。

なお、本発明においては、単位セパレータ組として構成されるアノード導電性セパレータとカソード導電性セパレータとの間に、これら両者に接する導電性の冷却用プレートを設けてもよい。

本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池スタックのセル電圧測定構造を備える燃料電池スタックの簡略化した斜視図である。図１の燃料電池スタックを切欠がある面から見た正面図である。電圧測定端子を備えた電圧測定ユニットの第１の実施形態を示す平面図である。図２の燃料電池スタックの切欠のある面に図３の電圧測定ユニットを重ねた平面図である。本発明の第２の実施形態に係わる電圧測定ユニットを示す斜視図である。第２の実施形態による電圧測定端子を単位セルに押し付ける状態を示す作用説明図である。本発明の第３の実施形態に係わる電圧測定ユニットを示す斜視図である。本発明の第４の実施形態に係わる電圧測定ユニットを燃料電池スタックに取り付けた状態を示す正面図である。（ａ）は本発明の第５の実施形態に係わる単位セルの積層状態を示す燃料電池スタックの正面図、（ｂ）はその比較例を示す同正面図である。

符号の説明

１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…１ｔ）単位セパレータ組
３（３ａ1，３ｂ1，３ｃ1，３ｄ1…３ｔ1，３ａ2，３ｂ2，３ｃ2，３ｄ2…３ｔ2，３ａ3，３ｂ3，３ｃ3，３ｄ3…３ｔ4，３ａ4，３ｂ4，３ｃ4，３ｄ4…３ｔ4 切欠（凹部，電圧測定端子が接触しない非接触部）
５，５Ａ，５Ｂ電圧測定端子
７（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…７ｔ）電圧測定端子接触部（電圧測定端子が接触する部位）
９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ電圧測定ユニット
１１，１１Ａ非導電性のプレート
１１Ｂ非導電性のプレート（弾性プレート）
９１，９２測定ユニット分割体

Claims

アノード導電性セパレータ，カソード導電性セパレータを含む単位セルを複数積層して構成した燃料電池スタックを有するとともに、ある単位セルのアノード導電性セパレータとそれに接して隣接する単位セルのカソード導電性セパレータからなる単位セパレータ組の外周縁の一端部にそれぞれ接触する導電性の電圧測定端子を備えた電圧測定ユニットを有し、前記電圧測定端子が接触する単位セパレータ組に隣接する単位セパレータ組に、前記電圧測定端子が接触しない非接触部を設け、前記単位セパレータ組の外周縁の一端部の前記電圧測定端子が接触する接触部は、前記電圧測定端子が接触しない非接触部に対し、前記単位セパレータ組の外周縁の一端部が突出しており、前記電圧測定端子の前記単位セルの積層方向長さを、前記単位セルの積層方向厚さ以上として、前記電圧測定端子を備えた前記電圧測定ユニットを前記燃料電池スタックの一側面に接触させる燃料電池スタックのセル電圧測定構造であって、前記電圧測定端子と接触する接触部を前記単位セルの積層方向に沿って重なる位置にそれぞれ備えた第１の単位セパレータ組および第２の単位セパレータ組を設け、これら第１，第２の単位セパレータ組相互間に、第１，第２の単位セパレータ組の前記接触部と前記積層方向に沿って重なる位置に前記非接触部を備えた第３の単位セパレータ組を配置し、この第３の単位セパレータ組の数に応じて、前記各単位セパレータ組に、前記非接触部を複数設けるとともに、前記接触部を前記積層方向に沿って重ならないよう互いにずらして設けたことを特徴とする燃料電池スタックのセル電圧測定構造。
前記電圧測定端子が接触しない非接触部を、前記単位セパレータ組の外周縁の一端部に設けた凹部で構成したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタックのセル電圧測定構造。
前記電圧測定端子が接触する部位を、前記単位セパレータ組の外周縁の一端部に設けた凸部で構成したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタックのセル電圧測定構造。
前記電圧測定端子の前記積層方向長さを、前記第３の単位セパレータ組の数に応じて設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックのセル電圧測定構造。
前記電圧測定端子を弾性部材とし、この電圧測定端子を非導電性のプレート上に設けて前記電圧測定ユニットとし、この電圧測定ユニットを前記燃料電池スタックの一側面に押し当てたときに、前記電圧測定端子が弾性変形した状態で前記単位セパレータ組の外周縁の一端部に接触することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックのセル電圧測定構造。
前記電圧測定端子を非導電性の弾性プレート上に設けて前記電圧測定ユニットとし、前記電圧測定端子を、接触する単位セパレータ組に対し、導電性を有する接着剤により接着することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックのセル電圧測定構造。
前記電圧測定ユニットを、前記単位セルの積層方向に二分割し、この二分割した各測定ユニット分割体を、燃料電池スタックの前記積層方向両端に位置決め固定することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の燃料電池スタックのセル電圧測定構造。
前記導電性セパレータを長方形とし、前記各単位セルを、前記電圧測定端子と接触する側の一端部を互いに揃えた状態で積層することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の燃料電池スタックのセル電圧測定構造。
前記各単位セパレータ組における前記各電圧測定端子との非接触部の数は、前記単位セルピッチの寸法公差に前記単位セルの積層枚数を乗じたものを、前記寸法公差を除いた前記単位セルピッチで割った数値に基づいて決定することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の燃料電池スタックのセル電圧測定構造。
前記単位セパレータ組における前記各電圧測定端子との非接触部の数を、各単位セルあたり７個以下とすることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の燃料電池スタックのセル電圧測定構造。