JP5060023B2 - Fuel cell and fuel cell module - Google Patents

Fuel cell and fuel cell module Download PDF

Info

Publication number
JP5060023B2
JP5060023B2 JP2005109342A JP2005109342A JP5060023B2 JP 5060023 B2 JP5060023 B2 JP 5060023B2 JP 2005109342 A JP2005109342 A JP 2005109342A JP 2005109342 A JP2005109342 A JP 2005109342A JP 5060023 B2 JP5060023 B2 JP 5060023B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
fuel
output terminals
output
current collector
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.)
Active
Application number
JP2005109342A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006294274A (en
Inventor
剛 ▲高▼橋
育康 加藤
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.)
Toyota Motor Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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 Nippon Soken Inc, Toyota Motor Corp filed Critical Nippon Soken Inc
Priority to JP2005109342A priority Critical patent/JP5060023B2/en
Publication of JP2006294274A publication Critical patent/JP2006294274A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5060023B2 publication Critical patent/JP5060023B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料流体を用いて電力を発生させる燃料電池及び燃料電池モジュールに関する。   The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell module that generate electric power using a fuel fluid.

複数の発電セルを積層してなる燃料電池スタックにおいて、複数の単位セルのそれぞれに正極端子と負極端子とをそれぞれ1つずつ設け、接続端子間の電気的な接続関係を柔軟かつ容易に切り替えることを可能とした燃料電池モジュールが開示されている(特許文献1)。   In a fuel cell stack in which a plurality of power generation cells are stacked, one positive terminal and one negative terminal are provided for each of the plurality of unit cells, and the electrical connection relationship between the connection terminals can be switched flexibly and easily. Has disclosed a fuel cell module (Patent Document 1).

特開2003−115312号公報JP 2003115312 A

従来の一般的な燃料電池スタックでは、発電セルの端面における正極及び負極の集電板の面内において、電流の取り出し部となる出力端子がそれぞれ1つ設けられている。上記特許文献1に記載の燃料電池スタックにおいても、積層される各単位セルには正極と負極においてそれぞれ1つの出力端子が設けられることに変わりはない。   In the conventional general fuel cell stack, one output terminal serving as a current extraction portion is provided in each of the positive and negative current collecting plates on the end face of the power generation cell. Also in the fuel cell stack described in Patent Document 1, each unit cell to be stacked is provided with one output terminal for each of the positive electrode and the negative electrode.

しかしながら、正極及び負極の一箇所のみに出力端子を設けた場合、発電セル内のガス流路、発電セルの構成部材のレイアウト、ガス濃度(酸素濃度)の分布等と共に、出力端子の配設位置によって集電板面内において発電の不均一な分布が生ずる。これによって、燃料電池スタック内において生成される水の濃度が不均一となり、発電セルの性能の安定性が損なわれる問題が生ずる。また、出力端子が配置された位置の周辺に発電が集中し、発電セルの一部分のみに負荷の集中が断続的に起こり、発電セル及び集電板の耐久性においても好ましくなかった。これらの問題は、積層される各単位セルの正極と負極においてそれぞれ1つの出力端子が設けられた上記特許文献1の発電セルにおいても同様である。   However, when the output terminal is provided only at one location of the positive electrode and the negative electrode, the position of the output terminal is provided along with the gas flow path in the power generation cell, the layout of the components of the power generation cell, the distribution of gas concentration (oxygen concentration) This causes a non-uniform distribution of power generation within the current collector plate surface. As a result, the concentration of water generated in the fuel cell stack becomes non-uniform, resulting in a problem that the stability of the performance of the power generation cell is impaired. Further, power generation is concentrated around the position where the output terminal is disposed, and load concentration occurs intermittently only in a part of the power generation cell, which is not preferable in terms of durability of the power generation cell and the current collector plate. These problems are the same in the power generation cell of Patent Document 1 in which one output terminal is provided in each of the positive and negative electrodes of each unit cell to be stacked.

そこで、本発明は、上記課題の少なくとも一つを解決することができる燃料電池及び燃料電池モジュールを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell and a fuel cell module that can solve at least one of the above problems.

本発明は、少なくとも一のセルを含む燃料電池であって、複数の出力端子を離間した位置に有し、燃料電池の正極側又は負極側の単一のセルに接するように設けられた集電板を備えることを特徴とする。   The present invention is a fuel cell including at least one cell, and has a plurality of output terminals at spaced positions, and is provided to be in contact with a single cell on the positive electrode side or the negative electrode side of the fuel cell. A board is provided.

燃料電池モジュールは、上記燃料電池と、切替信号に応じて前記複数の出力端子のいずれか1つを選択する切替スイッチと、前記センサからの出力値に応じて切替スイッチに対して切替信号を出力する制御部と、を備えるものとする。例えば、前記制御部は、予め定められた切替スケジュールに応じて経時的に前記切替スイッチを切り替えさせる。   The fuel cell module outputs a switch signal to the switch according to the fuel cell, a switch for selecting one of the plurality of output terminals according to the switch signal, and an output value from the sensor. And a control unit. For example, the control unit causes the changeover switch to change over time according to a predetermined changeover schedule.

このように単一の電解質膜にて生成された電力を出力するために設けられた集電板に複数の出力端子を設けることによって、経時的に出力端子を切り替えて燃料電池内における発電が集中する領域を経時的に移動させることができる。すなわち、発電領域を空間的に均等化させることができる。すなわち、燃料電池内において生成される水の濃度が従来よりも均一化され、セルの性能の安定性が向上する。また、セル及び集電板の耐久性が向上する。   Thus, by providing a plurality of output terminals on the current collector plate provided to output the power generated by a single electrolyte membrane, the output terminals are switched over time, and power generation in the fuel cell is concentrated. The area to be moved can be moved over time. That is, the power generation area can be spatially equalized. That is, the concentration of water generated in the fuel cell is made more uniform than before, and the stability of the cell performance is improved. Moreover, durability of a cell and a current collector plate improves.

ここで、前記出力端子は、前記燃料電池へ酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給口又は前記燃料電池から酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出口の近傍に配置されていることが好適である。また、前記出力端子は、前記燃料電池へ燃料ガスを供給するための燃料ガス供給口又は前記燃料電池から燃料ガスを排出するための燃料ガス排出口の近傍に配置されていることも好適である。   Here, the output terminal is disposed in the vicinity of an oxidant gas supply port for supplying oxidant gas to the fuel cell or an oxidant gas discharge port for discharging oxidant gas from the fuel cell. Is preferred. It is also preferable that the output terminal is disposed in the vicinity of a fuel gas supply port for supplying fuel gas to the fuel cell or a fuel gas discharge port for discharging fuel gas from the fuel cell. .

酸化剤ガス供給口、酸化剤ガス排出口、燃料ガス供給口、燃料ガス排出口の近傍領域では反応が他の領域よりも活発となり易い。そこで、出力端子をこれらの領域付近に設け、経時的に出力端子を切り替えて電力を取り出すことによって、燃料電池の発電領域の均等化をより効果的に行うことができる。   The reaction tends to be more active in the vicinity of the oxidant gas supply port, the oxidant gas discharge port, the fuel gas supply port, and the fuel gas discharge port than in other regions. Therefore, by providing output terminals in the vicinity of these regions and switching the output terminals over time to extract electric power, it is possible to more effectively equalize the power generation region of the fuel cell.

また、前記複数の出力端子は、前記集電板に対して空間的に対称な位置に配置されていることが好適である。この場合も、経時的に出力端子を切り替えて電力を取り出すことによって、燃料電池の発電領域の均等化がより顕著となる。   In addition, it is preferable that the plurality of output terminals are disposed at spatially symmetrical positions with respect to the current collector plate. In this case as well, the power generation region of the fuel cell is more equalized by switching the output terminal over time and taking out the power.

また、前記集電板は、互いに異なる位置に出力端子を有する複数の集電板の集合体であっても良い。例えば、絶縁体や空隙によって複数の領域に電気的に分割されていることが好適である。より具体的には、前記集電板を前記出力端子毎に独立した領域に分割する。前記集電板を互いに絶縁された複数の領域に分割することによって、前記出力端子を切り替えて電力を取り出した場合に燃料電池に影響が及ぶ領域をより限定することができる。これによって、燃料電池の発電領域を空間的により均等化させることができる。   The current collector plate may be an aggregate of a plurality of current collector plates having output terminals at different positions. For example, it is preferable to be electrically divided into a plurality of regions by an insulator or a gap. More specifically, the current collecting plate is divided into independent regions for each of the output terminals. By dividing the current collector plate into a plurality of regions that are insulated from each other, it is possible to further limit the region that affects the fuel cell when the output terminal is switched and electric power is taken out. As a result, the power generation region of the fuel cell can be made more spatially uniform.

また、燃料電池における発電分布及び水分分布の少なくとも一方を推定し、その推定結果に応じて出力端子を選択する構成とすることも好適である。例えば、複数の出力端子の少なくとも2つに対応付けて複数のセンサを配置することによって、制御部は燃料電池における発電分布や水分分布を取得することができる。制御部は、センサからの出力信号に応じて、各センサに対応する発電領域の発電状態や水分量を推定し、その推定値に基づいて出力端子を選択することができる。   It is also preferable to have a configuration in which at least one of the power generation distribution and the moisture distribution in the fuel cell is estimated and an output terminal is selected according to the estimation result. For example, by arranging a plurality of sensors in association with at least two of the plurality of output terminals, the control unit can acquire a power generation distribution and a moisture distribution in the fuel cell. The control unit can estimate the power generation state and water content of the power generation region corresponding to each sensor according to the output signal from the sensor, and can select the output terminal based on the estimated value.

例えば、前記出力端子毎に燃料電池の発電状態を検出するセンサが設けられていることが好適である。センサは、電圧センサ、電流センサ、及びそれらを組み合わせた電力センサとすることができる。この場合、燃料電池モジュールは、燃料電池と、切替信号に応じて前記複数の出力端子のいずれか1つを選択する切替スイッチと、前記センサからの出力値に応じて前記切替スイッチに対して切替信号を出力する制御部と、を備える。   For example, it is preferable that a sensor for detecting the power generation state of the fuel cell is provided for each of the output terminals. The sensor can be a voltage sensor, a current sensor, and a combined power sensor. In this case, the fuel cell module switches between the fuel cell, a selector switch that selects one of the plurality of output terminals according to a switching signal, and the selector switch according to an output value from the sensor. A control unit for outputting a signal.

また、前記セルの少なくとも1つに当該単位セルの出力状態を測定するセルモニタ用センサを備えることも好適である。この場合、燃料電池モジュールは、燃料電池と、切替信号に応じて前記複数の出力端子のいずれか1つを選択する切替スイッチと、前記セルモニタ用センサからの出力値に応じて前記切替スイッチに対して切替信号を出力する制御部と、を備える。   It is also preferable that at least one of the cells includes a cell monitoring sensor that measures the output state of the unit cell. In this case, the fuel cell module has a fuel cell, a changeover switch that selects one of the plurality of output terminals in response to a changeover signal, and a changeover switch in response to an output value from the cell monitoring sensor. And a control unit that outputs a switching signal.

このようにセンサを設けることによって、燃料電池の発電状況に応じて前記出力端子を切り替えて電力を取り出すことができる。したがって、燃料電池内の発電の集中具合に応じて、燃料電池の発電領域を空間的に均等化させることができる。   By providing the sensor in this manner, it is possible to take out the electric power by switching the output terminal according to the power generation status of the fuel cell. Therefore, the power generation area of the fuel cell can be spatially equalized according to the concentration of power generation in the fuel cell.

本発明によれば、燃料電池モジュールの発電性能を安定化することができる。または、燃料電池モジュールの耐久性を高めることができる。   According to the present invention, the power generation performance of the fuel cell module can be stabilized. Or durability of a fuel cell module can be improved.

<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態における燃料電池モジュール100は、図1に示すように、燃料電池スタック10、端子切替スイッチ12a,12b及び制御部14を含んで構成される。また、燃料電池スタック10は、図2に示すように、単位セル16、集電板18a,18b、正極出力端子20a,20b、負極出力端子22a,22b及びエンドプレート24を備える。
<First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the fuel cell module 100 according to the first embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 10, terminal changeover switches 12 a and 12 b, and a control unit 14. Further, as shown in FIG. 2, the fuel cell stack 10 includes a unit cell 16, current collector plates 18 a and 18 b, positive electrode output terminals 20 a and 20 b, negative electrode output terminals 22 a and 22 b, and an end plate 24.

燃料電池スタック10は、複数の単位セル16を備えて構成される。なお、以下の説明では複数の単位セル16を備えた燃料電池スタック10を用いる構成を説明するが、燃料電池スタック10を単一の単位セルからなる燃料電池に置き換えてもよい。複数の単位セル16を備える場合には、単位セル16を矢印Aの方向に積層して構成される。通常、200個程度の単位セル16が直列に積層され、燃料電池スタック10全体として300〜400Vの出力電圧が得られるように構成される。単位セル16は、図3に示すように、セパレータ30、正極側電極板32、固体高分子の電解質膜34、負極側電極板36、セパレータ38を順に積層した構造を有する。正極側電極板32及び負極側電極板36は、貴金属系の触媒電極を多孔質である多孔質カーボンペーパ等のガス拡散体に接合して構成される。   The fuel cell stack 10 includes a plurality of unit cells 16. In the following description, a configuration using the fuel cell stack 10 including a plurality of unit cells 16 will be described. However, the fuel cell stack 10 may be replaced with a fuel cell composed of a single unit cell. When a plurality of unit cells 16 are provided, the unit cells 16 are stacked in the direction of arrow A. Usually, about 200 unit cells 16 are stacked in series, and the entire fuel cell stack 10 is configured to obtain an output voltage of 300 to 400V. As shown in FIG. 3, the unit cell 16 has a structure in which a separator 30, a positive electrode plate 32, a solid polymer electrolyte membrane 34, a negative electrode plate 36, and a separator 38 are laminated in this order. The positive electrode plate 32 and the negative electrode plate 36 are configured by joining a noble metal catalyst electrode to a gas diffusion body such as porous porous carbon paper.

単位セル16には、酸化剤ガス用穴40及び燃料ガス用穴42が設けられる。単位セル16を積層した燃料電池スタック10では、これら酸化剤ガス用穴40及び燃料ガス用穴42を通じて酸素ガス等の酸化剤ガス及び水素ガス等の燃料ガスが単位セル16の各々に供給される。したがって、単位セル16を積層する際には、隣り合って配置される単位セル16間において酸化剤ガス及び燃料ガスが漏れないようにガスケット等のシール部材を用いて酸化剤ガス用穴40及び燃料ガス用穴42を結合する。   The unit cell 16 is provided with an oxidant gas hole 40 and a fuel gas hole 42. In the fuel cell stack 10 in which the unit cells 16 are stacked, an oxidant gas such as oxygen gas and a fuel gas such as hydrogen gas are supplied to each unit cell 16 through the oxidant gas hole 40 and the fuel gas hole 42. . Therefore, when the unit cells 16 are stacked, the oxidant gas hole 40 and the fuel are sealed using a sealing member such as a gasket so that the oxidant gas and the fuel gas do not leak between the unit cells 16 arranged adjacent to each other. The gas hole 42 is joined.

また、単位セル16には、冷却媒体用穴44を設けても良い。冷却媒体用穴44を設けた場合には、冷却媒体用穴44を通じて冷媒を供給して燃料電池スタック10を冷却することができる。   The unit cell 16 may be provided with a cooling medium hole 44. When the cooling medium hole 44 is provided, the coolant can be supplied through the cooling medium hole 44 to cool the fuel cell stack 10.

図2及び図3に示すように、燃料電池スタック10における単位セル16の積層体の両端面には、単位セル16の積層体を挟み込むように集電板18a,18bが設けられる。一方の最端部の単位セル16の正極側のセパレータ30及び他方の最端部の単位セル16の負極側のセパレータ38に接するように正極側の集電板18aと負極側の集電板18bがそれぞれ配設される。集電板18a,18bは、例えば、金メッキされた銅等の高導電率の金属板で構成される。   As shown in FIGS. 2 and 3, current collector plates 18 a and 18 b are provided on both end faces of the stack of unit cells 16 in the fuel cell stack 10 so as to sandwich the stack of unit cells 16. The positive electrode side current collector plate 18a and the negative electrode side current collector plate 18b are in contact with the positive electrode side separator 30 of the one endmost unit cell 16 and the negative electrode side separator 38 of the other endmost unit cell 16. Are arranged respectively. The current collecting plates 18a and 18b are made of a metal plate having a high conductivity such as copper plated with gold, for example.

正極側の集電板18aには、図2及び図3に示すように、空間的に互いに離間した位置において燃料電池スタック10の外周部から突出するように正極出力端子20a,20bが設けられる。同様に、負極側の集電板18bにも、図2に示すように、空間的に互いに離間した位置において燃料電池スタック10の外周部から突出するように負極出力端子22a,22bが設けられる。負極出力端子22a,22bは、正極出力端子20a,20bと対称の位置に配設することが好ましい。本実施の形態では、単位セル16の集積体を挟んで正極出力端子20aと負極出力端子22a、正極出力端子20bと負極出力端子22bとが面対称となるように配設されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the positive electrode side current collector plate 18 a is provided with positive electrode output terminals 20 a and 20 b so as to protrude from the outer peripheral portion of the fuel cell stack 10 at a spatially spaced position. Similarly, negative electrode output terminals 22a and 22b are also provided on the negative current collector 18b so as to protrude from the outer periphery of the fuel cell stack 10 at spatially spaced positions as shown in FIG. The negative electrode output terminals 22a and 22b are preferably arranged at positions symmetrical to the positive electrode output terminals 20a and 20b. In the present embodiment, the positive electrode output terminal 20a and the negative electrode output terminal 22a, and the positive electrode output terminal 20b and the negative electrode output terminal 22b are arranged to be plane-symmetric with respect to the unit cell 16 assembly.

なお、本実施の形態では、正極側の集電板18a及び負極側の集電板18bにそれぞれ複数の出力端子を備える構成としているが、正極側の集電板18a及び負極側の集電板18bのいずれか一方に複数の出力端子を備える構成でも発明の効果を得ることが可能である。   In the present embodiment, the positive current collector 18a and the negative current collector 18b are each provided with a plurality of output terminals, but the positive current collector 18a and the negative current collector 18 The effect of the invention can be obtained even with a configuration in which one of 18b includes a plurality of output terminals.

正極側の集電板18aの外側には、エンドプレート24が設けられる。エンドプレート24の集電板18a側の面には絶縁層が設けられる。この絶縁層により燃料電池スタック10と外部との電気的な接触を防ぐことが出来る。同様に、負極側の集電板18bの外側にも、エンドプレート24が設けられる。エンドプレート24の集電板18b側の面には絶縁層が設けられる。この絶縁層により燃料電池スタック10と外部との電気的な接触を防ぐことが出来る。   An end plate 24 is provided outside the current collector 18a on the positive electrode side. An insulating layer is provided on the surface of the end plate 24 on the current collecting plate 18a side. This insulating layer can prevent electrical contact between the fuel cell stack 10 and the outside. Similarly, an end plate 24 is provided outside the current collector plate 18b on the negative electrode side. An insulating layer is provided on the surface of the end plate 24 on the current collecting plate 18b side. This insulating layer can prevent electrical contact between the fuel cell stack 10 and the outside.

また、エンドプレート24には、単位セル16へ酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給口24a,単位セル16から酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出口24b、単位セル16へ燃料ガスを供給するための燃料ガス供給口24c及び単位セル16から燃料ガスを排出するための燃料ガス排出口24dが設けられる。   The end plate 24 has an oxidant gas supply port 24 a for supplying an oxidant gas to the unit cell 16, an oxidant gas discharge port 24 b for discharging the oxidant gas from the unit cell 16, and the unit cell 16. A fuel gas supply port 24 c for supplying the fuel gas and a fuel gas discharge port 24 d for discharging the fuel gas from the unit cell 16 are provided.

燃料電池スタック10に含まれる各単位セル16には、酸化剤ガス供給口24aから各単位セルの酸化剤ガス用穴40を通じて酸化剤ガスが供給され、酸化剤ガス排出口24bから未反応の酸化剤ガスが排出される。また、燃料電池スタック10に含まれる各単位セル16には、燃料ガス供給口24cから各単位セルの燃料ガス用穴42を通じて燃料ガスが供給され、燃料ガス排出口24dから未反応の燃料ガスが排出される。なお、未反応の燃料ガスを再度燃料ガス供給口24cから供給できる再循環経路を備えてもよい。したがって、酸化剤ガスが漏れないように、一方の最端部の単位セル16の酸化剤ガス用穴40にはガスケット等のシール部材を用いて酸化剤ガス供給口24aが結合され、他方の最端部の単位セル16の酸化剤ガス用穴40にはガスケット等のシール部材を用いて酸化剤ガス排出口24bが結合される。また、燃料ガスが漏れないように、一方の最端部の単位セル16の燃料ガス用穴42にはガスケット等のシール部材を用いて燃料ガス供給口24cが結合され、他方の最端部の単位セル16の燃料ガス用穴42にはガスケット等のシール部材を用いて燃料ガス排出口24dが結合される。   Each unit cell 16 included in the fuel cell stack 10 is supplied with oxidant gas from the oxidant gas supply port 24a through the oxidant gas hole 40 of each unit cell, and unreacted oxidant from the oxidant gas discharge port 24b. The agent gas is discharged. Further, each unit cell 16 included in the fuel cell stack 10 is supplied with fuel gas from the fuel gas supply port 24c through the fuel gas hole 42 of each unit cell, and unreacted fuel gas is supplied from the fuel gas discharge port 24d. Discharged. In addition, you may provide the recirculation path | route which can supply unreacted fuel gas again from the fuel gas supply port 24c. Therefore, in order to prevent the oxidant gas from leaking, the oxidant gas supply port 24a is coupled to the oxidant gas hole 40 of the unit cell 16 at one end using a seal member such as a gasket, and the other end of the unit cell 16 is connected. An oxidant gas discharge port 24b is coupled to the oxidant gas hole 40 of the end unit cell 16 using a seal member such as a gasket. Further, in order to prevent the fuel gas from leaking, a fuel gas supply port 24c is coupled to the fuel gas hole 42 of the unit cell 16 at one end using a sealing member such as a gasket, and the other end at the other end. A fuel gas discharge port 24d is coupled to the fuel gas hole 42 of the unit cell 16 using a sealing member such as a gasket.

また、単位セル16に冷却媒体用穴44を設けた場合、エンドプレート24に燃料電池スタック10を冷却する冷却媒体を供給するための冷却媒体供給口24e、及び、燃料電池スタック10を冷却する冷却媒体を排出するための冷却媒体排出口24fを設けることが好ましい。   Further, when the cooling medium hole 44 is provided in the unit cell 16, the cooling medium supply port 24 e for supplying the cooling medium for cooling the fuel cell stack 10 to the end plate 24 and the cooling for cooling the fuel cell stack 10. It is preferable to provide a cooling medium discharge port 24f for discharging the medium.

このように構成された燃料電池スタック10は、図1に示すように、端子切替スイッチ12a,12bを介して負荷に接続される。正極側の端子切替スイッチ12a及び負極側の端子切替スイッチ12bは、それぞれ集電板18a,18bに設けられた正極出力端子20の数及び負極出力端子22の数に対応する複数の入力端子を備える。例えば、図1に示すように、正極側の端子切替スイッチ12aは正極出力端子20a,20bに対応する2つの入力端子を備え、各入力端子はそれぞれ正極出力端子20a,20bのいずれか一方に接続される。同様に、負極側の端子切替スイッチ12bは負極出力端子22a,22bに対応する2つの入力端子を備え、各入力端子はそれぞれ負極出力端子22a,22bのいずれか一方に接続される。   The fuel cell stack 10 thus configured is connected to a load via terminal change-over switches 12a and 12b as shown in FIG. The positive terminal switching switch 12a and the negative terminal switching switch 12b include a plurality of input terminals corresponding to the number of positive output terminals 20 and the number of negative output terminals 22 provided on the current collector plates 18a and 18b, respectively. . For example, as shown in FIG. 1, the positive terminal switch 12a includes two input terminals corresponding to the positive output terminals 20a and 20b, and each input terminal is connected to one of the positive output terminals 20a and 20b. Is done. Similarly, the negative terminal switching switch 12b includes two input terminals corresponding to the negative output terminals 22a and 22b, and each input terminal is connected to one of the negative output terminals 22a and 22b.

端子切替スイッチ12a,12bは、制御部14からの制御信号に応じてそれぞれ複数の入力端子の一部又は全部を選択して出力端子に接続する。正極側の集電板18aに設けられた正極出力端子20a,20bは端子切替スイッチ12aを介して負荷に接続される。負極側の集電板18bに設けられた負極出力端子22a,22bは端子切替スイッチ12bを介して負荷に接続される。   The terminal change-over switches 12a and 12b select some or all of the plurality of input terminals according to a control signal from the control unit 14 and connect them to the output terminals. The positive output terminals 20a and 20b provided on the positive current collecting plate 18a are connected to a load via the terminal changeover switch 12a. Negative output terminals 22a and 22b provided on the negative current collector 18b are connected to a load via a terminal changeover switch 12b.

端子切替スイッチ12a,12bは制御部14に接続される。制御部14は、マイクロコンピュータで構成することができる。制御部14は、端子切替スイッチ12a,12bに対してスイッチの切り替えを指示する制御信号を出力する。本実施の形態では、制御部14は、内部に備えた記憶部に予め格納・保持された制御用マップに基づいて時系的に端子切替スイッチ12a,12bの切り替えを実行させる。   The terminal changeover switches 12 a and 12 b are connected to the control unit 14. The control unit 14 can be configured by a microcomputer. The control unit 14 outputs a control signal that instructs the terminal changeover switches 12a and 12b to switch the switches. In the present embodiment, the control unit 14 causes the terminal selector switches 12a and 12b to be switched in a time-series manner based on a control map stored and held in advance in a storage unit provided therein.

発電時においては、燃料電池スタック10に対して、酸化剤ガス供給口24aから酸素等の酸化剤ガスが供給され、燃料ガス供給口24cから水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。これによって、酸化剤ガスと燃料ガスとが触媒層において電気化学反応を起こし、発電が行われる。未反応の酸化剤ガスは酸化剤ガス排出口24bから排出され、未反応の燃料ガスは燃料ガス排出口24dから排出される。なお、必要に応じて冷却媒体供給口24eから純水やエチレングリコール等の冷却媒体を供給し、冷却媒体排出口24fから排出させることによって、燃料電池スタック10の温度を調整することもできる。   During power generation, an oxidant gas such as oxygen is supplied from the oxidant gas supply port 24a to the fuel cell stack 10, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied from the fuel gas supply port 24c. As a result, the oxidant gas and the fuel gas cause an electrochemical reaction in the catalyst layer to generate power. Unreacted oxidant gas is discharged from the oxidant gas outlet 24b, and unreacted fuel gas is discharged from the fuel gas outlet 24d. If necessary, the temperature of the fuel cell stack 10 can be adjusted by supplying a cooling medium such as pure water or ethylene glycol from the cooling medium supply port 24e and discharging it from the cooling medium discharge port 24f.

本実施の形態では、所定の条件に基づいて端子切替スイッチ12a,12bを切り替えて、出力端子を経時的に変更しつつ燃料電池スタック10から電力を取り出す。例えば、制御部14から所定の時間間隔毎に切替信号を端子切替スイッチ12a,12bへ出力させる。これによって、端子切替スイッチ12aが正極出力端子20a,20bのいずか一方に切り替えられ、端子切替スイッチ12bが負極出力端子22a,22bのいずれか一方に切り替えられる。   In the present embodiment, the terminal change-over switches 12a and 12b are switched based on a predetermined condition, and electric power is taken out from the fuel cell stack 10 while changing the output terminal over time. For example, a switching signal is output from the control unit 14 to the terminal change-over switches 12a and 12b at predetermined time intervals. Thereby, the terminal selector switch 12a is switched to one of the positive electrode output terminals 20a and 20b, and the terminal selector switch 12b is switched to one of the negative electrode output terminals 22a and 22b.

図4(a)は、正極出力端子20aを選択した場合における集電板18a上の出力電力の面内分布を示す模式図である。図4(b)は、正極出力端子20bを選択した場合における集電板18a上の出力電力の面内分布を示す模式図である。なお、負極側の集電板18bでも同様の面内分布となる。図4に示すように、所定の時間毎に出力端子20a,20bを切り替えることによって、集電板18aの面内において発電が集中して起こる領域を移動させることができる。同様に、所定の時間毎に出力端子22a,22bを切り替えることによって、集電板18bの面内において発電が集中して起こる領域を移動させることができる。すなわち、従来に比べて、燃料電池スタック10内において発電が均等に行われることとなる。したがって、燃料電池スタック10内において生成される水の濃度が不均一となることを抑制することができる。その結果、発電セルの性能の安定性を向上させることができる。また、燃料電池スタック10の一部分のみに負荷の集中が起こることが避けられ、燃料電池スタック10及び集電板18a,18bの耐久性を向上させることができる。   FIG. 4A is a schematic diagram showing an in-plane distribution of output power on the current collecting plate 18a when the positive output terminal 20a is selected. FIG. 4B is a schematic diagram showing the in-plane distribution of output power on the current collector plate 18a when the positive electrode output terminal 20b is selected. Note that the same in-plane distribution is obtained in the current collector plate 18b on the negative electrode side. As shown in FIG. 4, by switching the output terminals 20a and 20b every predetermined time, it is possible to move a region where power generation is concentrated in the plane of the current collector plate 18a. Similarly, by switching the output terminals 22a and 22b every predetermined time, it is possible to move a region where power generation is concentrated in the surface of the current collector plate 18b. That is, compared with the conventional case, power generation is performed uniformly in the fuel cell stack 10. Therefore, it is possible to suppress the concentration of water generated in the fuel cell stack 10 from becoming uneven. As a result, the stability of the power generation cell performance can be improved. Further, it is possible to avoid the concentration of the load in only a part of the fuel cell stack 10 and to improve the durability of the fuel cell stack 10 and the current collector plates 18a and 18b.

なお、本実施の形態では、集電板18(18a,18b)に設ける正極出力端子20及び負極出力端子22をそれぞれ2つとしたが、これに限定されるものではない。図5に示すように、3つ以上の出力端子20(22)を集電板18にそれぞれ設けてもよい。出力端子20(22)の数を増加させることによって、出力端子20(22)を切り替えつつ発電を行う際に燃料電池スタック10内での発電をより均等化することができる。   In the present embodiment, two positive electrode output terminals 20 and two negative electrode output terminals 22 are provided on the current collector plate 18 (18a, 18b), but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 5, three or more output terminals 20 (22) may be provided on the current collector plate 18. By increasing the number of output terminals 20 (22), the power generation in the fuel cell stack 10 can be more equalized when generating power while switching the output terminals 20 (22).

このとき、集電板18の面内において出力端子20(22)を空間的に対称となる位置に設けることが好適である。図5(a)では、出力端子20(22)は集電板18の中央Aを中心に点対象に配置されている。また、図5(b)では、出力端子20(22)は集電板18の中央線Bを中心に線対象に配置されている。このように、出力端子20(22)を空間的に対象性を持たせて配置することによって、出力端子20(22)を切り替えつつ発電を行う際に燃料電池スタック10内での発電をより均等化することができる。   At this time, it is preferable to provide the output terminal 20 (22) in a spatially symmetric position in the plane of the current collector plate 18. In FIG. 5 (a), the output terminal 20 (22) is arranged as a point object around the center A of the current collector plate 18. In FIG. 5B, the output terminal 20 (22) is arranged as a line object around the center line B of the current collector plate 18. In this way, by arranging the output terminal 20 (22) so as to have a spatial objectivity, when generating power while switching the output terminal 20 (22), the power generation in the fuel cell stack 10 is more even. Can be

また、集電板18の面内において所定の面積を有する領域毎に出力端子20(22)を設けることが好適である。例えば、図5(c)では、集電板18を8等分した領域毎に出力端子20(22)を配設している。このように、出力端子20(22)を空間的に均等に設けることによって、出力端子20(22)を切り替えつつ発電を行う際に燃料電池スタック10内での発電をより均等化することができる。   In addition, it is preferable to provide the output terminal 20 (22) for each region having a predetermined area in the surface of the current collector plate 18. For example, in FIG.5 (c), the output terminal 20 (22) is arrange | positioned for every area | region which divided the current collecting plate 18 into 8 equal parts. Thus, by providing the output terminals 20 (22) evenly in space, the power generation in the fuel cell stack 10 can be made more equal when generating power while switching the output terminals 20 (22). .

また、出力端子20(22)は、酸化剤ガス供給口24a、酸化剤ガス排出口24b、燃料ガス供給口24c及び燃料ガス排出口24dのいずれかの近傍に振り分けて設けられることが好適である。燃料電池スタック10における発電では、酸化剤ガス供給口24a、酸化剤ガス排出口24b、燃料ガス供給口24c及び燃料ガス排出口24d付近において反応がより顕著となり、反応が集中して生じ易い。そこで、出力端子20(22)を、酸化剤ガス供給口24a、酸化剤ガス排出口24b、燃料ガス供給口24c、燃料ガス排出口24dに振り分けて設けることによって、燃料電池スタック10内において反応が集中する領域を空間的に均等化することができる。   The output terminals 20 (22) are preferably provided in the vicinity of any one of the oxidant gas supply port 24a, the oxidant gas discharge port 24b, the fuel gas supply port 24c, and the fuel gas discharge port 24d. . In power generation in the fuel cell stack 10, the reaction becomes more prominent in the vicinity of the oxidant gas supply port 24a, the oxidant gas discharge port 24b, the fuel gas supply port 24c, and the fuel gas discharge port 24d, and the reaction tends to be concentrated. Therefore, by providing the output terminal 20 (22) to the oxidant gas supply port 24a, the oxidant gas discharge port 24b, the fuel gas supply port 24c, and the fuel gas discharge port 24d, the reaction is caused in the fuel cell stack 10. The concentrated area can be spatially equalized.

また、図2又は図5に示すように、出力端子20(22)は集電板18の縁から突出させた形状とすると、集電板18を打ち抜き加工等により容易に形成することができると共に、燃料電池スタック10の積層方向Aのサイズを小さくすることができる点で好ましい。一方、図6に示すように、出力端子20(22)を集電板18の面上に突出させた形状としてもよい。この場合、集電板18の外側に設けられるエンドプレート24の出力端子20(22)に対応する位置に出力端子20(22)を通す貫通孔を設けることが好適である。これにより、出力端子20(22)を集電板18を分割した各領域の中央に配置することができる。したがって、出力端子20(22)が割り当てられた領域の中央付近から電力を取り出すことができ、燃料電池スタック10内での発電をより均等化することができる。   As shown in FIG. 2 or 5, when the output terminal 20 (22) has a shape protruding from the edge of the current collector plate 18, the current collector plate 18 can be easily formed by punching or the like. This is preferable in that the size of the fuel cell stack 10 in the stacking direction A can be reduced. On the other hand, as shown in FIG. 6, it is good also as a shape which made the output terminal 20 (22) protrude on the surface of the current collecting plate 18. As shown in FIG. In this case, it is preferable to provide a through hole through which the output terminal 20 (22) passes at a position corresponding to the output terminal 20 (22) of the end plate 24 provided outside the current collector plate 18. Thereby, the output terminal 20 (22) can be arrange | positioned in the center of each area | region which divided | segmented the current collecting plate 18. FIG. Therefore, electric power can be taken out from the vicinity of the center of the region to which the output terminal 20 (22) is assigned, and the power generation in the fuel cell stack 10 can be made more uniform.

また、図7に示すように、複数の燃料電池スタック10を並列に配置した構成とすることもできる。燃料電池スタック10aは各単位セル16の正極側電極板32が前面に向くように構成される。燃料電池スタック10aの前面側の最端部に配置された単位セル16の正極側のセパレータ30に接するように正極側の集電板18aを配置する。一方、燃料電池スタック10bは各単位セル16の負極側電極板36が前面に向くように構成される。燃料電池スタック10bの前面側の最端部に配置された単位セル16の負極側のセパレータ38に接するように負極側の集電板18bを配置する。さらに、燃料電池スタック10aの背面側の最端部に配置された単位セル16の負極側電極板36及び燃料電池スタック10bの背面側の最端部に配置された単位セル16の正極側電極板32とを電気的に接続する背面プレート46が設けられる。   Moreover, as shown in FIG. 7, it can also be set as the structure which has arrange | positioned the some fuel cell stack 10 in parallel. The fuel cell stack 10a is configured such that the positive electrode plate 32 of each unit cell 16 faces the front. The positive current collecting plate 18a is disposed so as to be in contact with the positive separator 30 of the unit cell 16 disposed at the front end of the fuel cell stack 10a. On the other hand, the fuel cell stack 10b is configured such that the negative electrode plate 36 of each unit cell 16 faces the front. The negative current collector 18b is disposed so as to be in contact with the negative separator 38 of the unit cell 16 disposed at the front end of the fuel cell stack 10b. Further, the negative electrode side electrode plate 36 of the unit cell 16 disposed at the endmost part on the back side of the fuel cell stack 10a and the positive electrode side electrode plate of the unit cell 16 disposed at the endmost part on the back side of the fuel cell stack 10b. A back plate 46 is provided to electrically connect to the back plate 32.

ここで、背面プレート46における燃料電池スタック間の接続部を複数の経路に分割し、制御部14からの切替信号に基づいていずれかの経路を選択的に接続する切替スイッチとして構成することが好適である。例えば、図8の模式図に示すように、背面プレート46における燃料電池スタック10aと燃料電池スタック10bとの接続部を経路Aと経路Bとに分割し、いずれか1つの経路を選択する端子切替スイッチ12cを構成する。制御部14は、所定の条件に基づいて端子切替スイッチ12cを切り替えて、燃料電池スタック10aと燃料電池スタック10bとを繋ぐ経路を経時的に変更する。   Here, it is preferable that the connecting portion between the fuel cell stacks on the back plate 46 is divided into a plurality of routes, and configured as a changeover switch that selectively connects any route based on a switching signal from the control unit 14. It is. For example, as shown in the schematic diagram of FIG. 8, the connection part of the fuel cell stack 10a and the fuel cell stack 10b in the back plate 46 is divided into a path A and a path B, and terminal switching is performed to select any one of the paths. The switch 12c is configured. The control unit 14 switches the terminal changeover switch 12c based on a predetermined condition, and changes the path connecting the fuel cell stack 10a and the fuel cell stack 10b with time.

このように複数の燃料電池スタックを繋ぐ背面プレートに設けられた複数の経路を切替可能とすることによって、並置された燃料電池スタック内において反応が集中する領域を均等化することができる。また、背面プレートの耐久性を向上させることができる。   As described above, by switching the plurality of paths provided on the back plate connecting the plurality of fuel cell stacks, it is possible to equalize regions where reactions concentrate in the juxtaposed fuel cell stacks. In addition, the durability of the back plate can be improved.

<第2の実施の形態>
第1の実施の形態では集電板18a,18bはそれぞれ一枚の導電性の薄板により構成したが、集電板18a,18bは互いに異なる位置に出力端子を有する複数の集電板の集合体であっても良い。本発明の第2の実施の形態では燃料電池スタックに設けられる集電板を絶縁体や空隙で複数の領域に区画する点に特徴を有する。
<Second Embodiment>
In the first embodiment, each of the current collector plates 18a and 18b is constituted by a single conductive thin plate, but the current collector plates 18a and 18b are aggregates of a plurality of current collector plates having output terminals at different positions. It may be. The second embodiment of the present invention is characterized in that a current collector plate provided in a fuel cell stack is partitioned into a plurality of regions by an insulator or a gap.

図9に、本実施の形態における集電板18の一例を示す。図9のように、集電板18を絶縁体50により分割して、出力端子20(22)が設けられた導電性の領域A,Bを区画する。この集電板18を、第1の実施の形態と同様に、単位セル16の積層体の両端に配置して燃料電池スタック10を構成する。   FIG. 9 shows an example of the current collector 18 in the present embodiment. As shown in FIG. 9, the current collector plate 18 is divided by the insulator 50 to divide the conductive regions A and B where the output terminals 20 (22) are provided. As in the first embodiment, the current collector plates 18 are arranged at both ends of the stack of unit cells 16 to constitute the fuel cell stack 10.

このように、集電板18を絶縁体50で区画することによって、各出力端子20(22)を選択した場合に燃料電池スタック10内において発電が集中する領域をより制限することができる。したがって、出力端子20(22)を経時的に切り替えた場合に燃料電池スタック10内における発電に関わる領域をより限定して制御することができる。   Thus, by partitioning the current collector plate 18 with the insulator 50, it is possible to further limit the region where power generation is concentrated in the fuel cell stack 10 when each output terminal 20 (22) is selected. Therefore, when the output terminal 20 (22) is switched over time, the region related to power generation in the fuel cell stack 10 can be more limited and controlled.

なお、第2の実施の形態においても、出力端子20(22)は、第1の実施の形態と同様に空間的な対象性、面積の均等性、ガス供給口・ガス排出口の位置等を考慮して配置することが好適である。また、出力端子20(22)は、集電板18の外周辺から突出させても良いし、集電板18の面内から突出させても良い。   Also in the second embodiment, the output terminal 20 (22) has the same spatial objectivity, area uniformity, gas supply port / gas discharge port position, etc. as in the first embodiment. It is preferable to arrange in consideration. Further, the output terminal 20 (22) may protrude from the outer periphery of the current collector plate 18 or may protrude from the surface of the current collector plate 18.

<第3の実施の形態>
本実施の形態では、燃料電池スタック10の発電状態を適宜測定して、その発電状態を制御部14にフィードバックすることによって出力端子20(22)の切り替えを行う。例えば、燃料電池スタック10における発電分布及び水分分布の少なくとも一方を推定し、その推定結果に応じて出力端子20(22)を選択する構成とする。出力端子20(22)の少なくとも2つに対応付けて複数のセンサを配置することによって、制御部14は燃料電池スタック10における発電分布や水分分布を求めることができる。制御部14は、センサからの出力信号に応じて、各センサに対応する発電領域の発電状態や水分量を推定し、その推定値に基づいて出力端子20(22)を選択する。
<Third Embodiment>
In this embodiment, the output terminal 20 (22) is switched by appropriately measuring the power generation state of the fuel cell stack 10 and feeding back the power generation state to the control unit 14. For example, at least one of the power generation distribution and the moisture distribution in the fuel cell stack 10 is estimated, and the output terminal 20 (22) is selected according to the estimation result. By arranging a plurality of sensors in association with at least two of the output terminals 20 (22), the control unit 14 can determine the power generation distribution and moisture distribution in the fuel cell stack 10. The control unit 14 estimates the power generation state and the amount of water in the power generation region corresponding to each sensor according to the output signal from the sensor, and selects the output terminal 20 (22) based on the estimated value.

図10に、本実施の形態における集電板18の一例を示す。集電板18に設けられた各出力端子20(22)の近傍にはそれぞれ電圧センサ52が設けられる。電圧センサ52の出力は制御部14に入力される。制御部14は、アナログ/デジタル変換器を備えたマイクロコンピュータとする。   FIG. 10 shows an example of the current collector plate 18 in the present embodiment. In the vicinity of each output terminal 20 (22) provided on the current collector plate 18, a voltage sensor 52 is provided. The output of the voltage sensor 52 is input to the control unit 14. The control unit 14 is a microcomputer provided with an analog / digital converter.

制御部14は、各電圧センサ52で測定された電圧値に応じて端子切替スイッチ12a,12bの切り替えの制御を行う。例えば、選択された出力端子20(22)の近傍の電圧値が他の出力端子20(22)の近傍の電圧値よりも高い状態が所定時間だけ継続した場合に最も低い電圧値の電圧センサ52に対応する出力端子20(22)に切り替える。また、各電圧センサ52において、最も高い電圧値となった期間の累積時間が均等となるように出力端子20(22)の切り替えを制御してもよい。   The control unit 14 controls switching of the terminal change-over switches 12a and 12b according to the voltage value measured by each voltage sensor 52. For example, the voltage sensor 52 having the lowest voltage value when the voltage value in the vicinity of the selected output terminal 20 (22) is higher than the voltage value in the vicinity of the other output terminal 20 (22) for a predetermined time. Is switched to the output terminal 20 (22) corresponding to. Further, in each voltage sensor 52, the switching of the output terminal 20 (22) may be controlled so that the accumulated time of the period in which the voltage value is the highest is uniform.

また、電圧センサの代わりに、又は、電圧センサと共に、出力端子20(22)毎に電流センサを設けることも好適である。電流センサの出力は制御部14にフィードバックされる。この場合、制御部14は、各電流センサで測定された電流値に応じて端子切替スイッチ12a,12bの切り替えの制御を行う。   It is also preferable to provide a current sensor for each output terminal 20 (22) instead of or together with the voltage sensor. The output of the current sensor is fed back to the control unit 14. In this case, the control unit 14 controls switching of the terminal selector switches 12a and 12b in accordance with the current value measured by each current sensor.

例えば、選択された出力端子20(22)からの電流値が他の出力端子20(22)からの電流値よりも高い状態が所定時間だけ継続した場合に最も低い電流値の電流センサに対応する出力端子20(22)に切り替える制御を行う。また、各電流センサにおいて、最も高い電流値となった期間の累積時間が均等となるように出力端子20(22)の切り替えを制御してもよい。   For example, when the current value from the selected output terminal 20 (22) is higher than the current value from the other output terminal 20 (22) for a predetermined time, the current sensor having the lowest current value is supported. Control to switch to the output terminal 20 (22) is performed. Further, in each current sensor, the switching of the output terminal 20 (22) may be controlled so that the accumulated time of the period in which the current value is the highest is uniform.

さらに、電圧センサと電流センサとを共に設けた場合、電圧センサと対応する電流センサとの積から電力を求め、選択された出力端子20(22)から出力される電力が他の出力端子20(22)から出力される電力よりも高い状態が所定時間だけ継続した場合に最も低い電力値に対応する出力端子20(22)に切り替える制御を行うこともできる。また、電力値が最も高い値となった期間の累積時間が均等となるように出力端子20(22)の切り替えを制御してもよい。   Further, when both the voltage sensor and the current sensor are provided, the power is obtained from the product of the voltage sensor and the corresponding current sensor, and the power output from the selected output terminal 20 (22) is transmitted to the other output terminal 20 ( It is also possible to perform control to switch to the output terminal 20 (22) corresponding to the lowest power value when a state higher than the power output from 22) continues for a predetermined time. Further, the switching of the output terminal 20 (22) may be controlled so that the accumulated time of the period when the power value becomes the highest value becomes equal.

また、燃料電池スタック10を構成する単位セル16のいずれかの正極側電極板32又は負極側電極板36に各セルの出力電圧を測定するセルモニタ用のセンサを設け、その測定値に応じて出力端子20(22)へ出力を切り替える制御を行うことも好適である。セルモニタ用のセンサは電圧センサ又は電流センサとすることができる。セルモニタ用のセンサは複数の単位セル16に設けることも好適である。セルモニタ用のセンサの出力は制御部14にフィードバックされる。制御部14は、セルモニタ用のセンサの測定値に応じて端子切替スイッチ12a,12bの切り替えの制御を行う。   In addition, a cell monitoring sensor for measuring the output voltage of each cell is provided on either the positive electrode plate 32 or the negative electrode plate 36 of any of the unit cells 16 constituting the fuel cell stack 10, and an output is output according to the measured value. It is also preferable to perform control to switch the output to the terminal 20 (22). The sensor for cell monitoring can be a voltage sensor or a current sensor. It is also preferable to provide cell monitoring sensors in the plurality of unit cells 16. The output of the sensor for cell monitoring is fed back to the control unit 14. The control unit 14 controls switching of the terminal change-over switches 12a and 12b according to the measurement value of the cell monitoring sensor.

本実施の形態のように、センサを設けることによって、燃料電池スタックの発電の分布を測定し、その分布状態に応じて出力端子を切り替えて電力を取り出すことができる。したがって、燃料電池スタック内の発電の集中具合に応じて、燃料電池スタックの発電領域を空間的に均等化させることができる。   By providing a sensor as in the present embodiment, the distribution of power generation in the fuel cell stack can be measured, and the output can be switched according to the distribution state to extract electric power. Therefore, the power generation region of the fuel cell stack can be spatially equalized according to the concentration of power generation in the fuel cell stack.

なお、第1〜第3の実施の形態において説明した構成は互いに組み合わせて実施することもできる。複数の異なる形態を組み合わせることによって、それぞれの効果を相乗的に奏することができる。   The configurations described in the first to third embodiments can be implemented in combination with each other. By combining a plurality of different forms, each effect can be produced synergistically.

本発明の実施の形態における燃料電池モジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell module in embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における燃料電池スタックの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the fuel cell stack in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における燃料電池スタックの内部構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the internal structure of the fuel cell stack in embodiment of this invention. 出力端子を切り替えた場合における発電の集中する領域の変化を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the change of the area | region where electric power generation concentrates when an output terminal is switched. 本発明の実施の形態における集電板に設けられる出力端子の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the output terminal provided in the current collection board in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における集電板に設けられる出力端子の別例を示す図である。It is a figure which shows another example of the output terminal provided in the current collection board in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における燃料電池スタックを並列に配置した構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure which has arrange | positioned the fuel cell stack in embodiment of this invention in parallel. 本発明の実施の形態における背面プレートにおける経路の切替スイッチを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the path | route changeover switch in the backplate in embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における絶縁体により分割された集電板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the current collecting plate divided | segmented by the insulator in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態におけるセンサを設けた集電板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the current collecting plate which provided the sensor in the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10(10a,10b) 燃料電池スタック、12(12a〜12c) 端子切替スイッチ、14 制御部、16 単位セル、18(18a,18b) 集電板、20(20a,20b),22(22a,22b) 出力端子、24 エンドプレート、24a 酸化剤ガス供給口、24b 酸化剤ガス排出口、24c 燃料ガス供給口、24d 燃料ガス排出口、24e 冷却媒体供給口、24f 冷却媒体排出口、30 セパレータ、32 正極側電極板、34 電解質膜、36 負極側電極板、38 セパレータ、40 酸化剤ガス用穴、42 燃料ガス用穴、44 冷却媒体用穴、46 背面プレート、50 絶縁体、52 電圧センサ、100 燃料電池モジュール。   10 (10a, 10b) Fuel cell stack, 12 (12a-12c) Terminal changeover switch, 14 control unit, 16 unit cell, 18 (18a, 18b) current collector plate, 20 (20a, 20b), 22 (22a, 22b) ) Output terminal, 24 End plate, 24a Oxidant gas supply port, 24b Oxidant gas discharge port, 24c Fuel gas supply port, 24d Fuel gas discharge port, 24e Cooling medium supply port, 24f Cooling medium discharge port, 30 Separator, 32 Positive electrode plate, 34 Electrolyte membrane, 36 Negative electrode plate, 38 Separator, 40 Oxidant gas hole, 42 Fuel gas hole, 44 Coolant hole, 46 Back plate, 50 Insulator, 52 Voltage sensor, 100 Fuel cell module.

Claims (9)

少なくとも一のセルを含む燃料電池であって、
複数の出力端子を離間した位置に有し、燃料電池の正極側又は負極側の単一のセルに接するように設けられ、単一の導電性領域からなる集電板を備え
前記出力端子毎に燃料電池の発電状態を検出するセンサが設けられていることを特徴とする燃料電池。
A fuel cell comprising at least one cell,
It has a plurality of output terminals in spaced positions, is provided so as to be in contact with a single cell on the positive electrode side or the negative electrode side of the fuel cell, and includes a current collector plate made of a single conductive region ,
A fuel cell, wherein a sensor for detecting a power generation state of the fuel cell is provided for each output terminal .
少なくとも一のセルを含む燃料電池であって、
複数の出力端子を離間した位置に有し、燃料電池の正極側又は負極側の単一のセルに接するように設けられ、単一の導電性領域からなる集電板と、
切替信号に応じて前記複数の出力端子のいずれか1つを選択する切替スイッチと、
前記切替スイッチに対して切替信号を出力する制御部と、を備えることを特徴とする燃料電池。
A fuel cell comprising at least one cell,
A plurality of output terminals at spaced positions, provided to be in contact with a single cell on the positive electrode side or the negative electrode side of the fuel cell, and a current collector plate made of a single conductive region ;
A changeover switch for selecting any one of the plurality of output terminals according to a changeover signal;
And a control unit that outputs a switching signal to the selector switch .
請求項1又は2に記載の燃料電池において、
前記出力端子は、前記燃料電池へ酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給口又は前記燃料電池から酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出口の近傍に配置されていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1 or 2 ,
The output terminal is disposed in the vicinity of an oxidant gas supply port for supplying oxidant gas to the fuel cell or an oxidant gas discharge port for discharging oxidant gas from the fuel cell. A fuel cell.
請求項1又は2に記載の燃料電池において、
前記出力端子は、前記燃料電池へ燃料ガスを供給するための燃料ガス供給口又は前記燃料電池から燃料ガスを排出するための燃料ガス排出口の近傍に配置されていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1 or 2 ,
The output terminal is disposed in the vicinity of a fuel gas supply port for supplying fuel gas to the fuel cell or a fuel gas discharge port for discharging fuel gas from the fuel cell. .
請求項1〜4のいずれか1つに記載の燃料電池において、
前記複数の出力端子は、前記集電板に対して空間的に対称な位置に配置されていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4 , wherein
The fuel cell, wherein the plurality of output terminals are arranged at spatially symmetrical positions with respect to the current collector plate.
請求項1〜5のいずれか1つに記載の燃料電池において、
前記セルの少なくとも1つに当該セルの出力状態を測定するセルモニタ用センサを備えることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein
A fuel cell comprising a cell monitoring sensor for measuring an output state of the cell in at least one of the cells.
請求項に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記制御部は、予め定められた切替スケジュールに応じて経時的に前記切替スイッチを切り替えさせる切替信号を出力することを特徴とする燃料電池モジュール。
The fuel cell module according to claim 2 , wherein
The fuel cell module, wherein the control unit outputs a switching signal for switching the changeover switch over time according to a predetermined switching schedule.
請求項に記載の燃料電池と、
切替信号に応じて前記複数の出力端子のいずれか1つを選択する切替スイッチと、
前記センサからの出力値に応じて前記切替スイッチに対して切替信号を出力する制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池モジュール。
A fuel cell according to claim 1 ;
A changeover switch for selecting any one of the plurality of output terminals according to a changeover signal;
A control unit that outputs a switching signal to the changeover switch according to an output value from the sensor;
A fuel cell module comprising:
請求項に記載の燃料電池と、
切替信号に応じて前記複数の出力端子のいずれか1つを選択する切替スイッチと、
前記セルモニタ用センサからの出力値に応じて前記切替スイッチに対して切替信号を出力する制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池モジュール。
A fuel cell according to claim 6 ;
A changeover switch for selecting any one of the plurality of output terminals according to a changeover signal;
A control unit that outputs a switching signal to the changeover switch according to an output value from the cell monitoring sensor;
A fuel cell module comprising:
JP2005109342A 2005-04-06 2005-04-06 Fuel cell and fuel cell module Active JP5060023B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005109342A JP5060023B2 (en) 2005-04-06 2005-04-06 Fuel cell and fuel cell module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005109342A JP5060023B2 (en) 2005-04-06 2005-04-06 Fuel cell and fuel cell module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006294274A JP2006294274A (en) 2006-10-26
JP5060023B2 true JP5060023B2 (en) 2012-10-31

Family

ID=37414634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005109342A Active JP5060023B2 (en) 2005-04-06 2005-04-06 Fuel cell and fuel cell module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5060023B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101071769B1 (en) * 2008-10-21 2011-10-11 현대자동차주식회사 Endplate collector for fuel cell and method for controlling the same
JP2010108840A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Sony Corp Fuel cell and electrode used therein, and electronic device
JP5240053B2 (en) * 2009-04-30 2013-07-17 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell
JP6117745B2 (en) * 2013-08-09 2017-04-19 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack
JP6392688B2 (en) * 2015-03-09 2018-09-19 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell stack

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58128675A (en) * 1982-01-27 1983-08-01 Hitachi Ltd Fuel cell
JPH0351891Y2 (en) * 1985-09-13 1991-11-08
JP2575836B2 (en) * 1988-09-05 1997-01-29 株式会社日立製作所 Molten carbonate fuel cell
JP3133002B2 (en) * 1996-10-30 2001-02-05 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム技術研究組合 Fuel cell
JP2004362943A (en) * 2003-06-05 2004-12-24 Fuji Electric Holdings Co Ltd Fuel cell
JP2005085530A (en) * 2003-09-05 2005-03-31 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell stack
JP2005293928A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006294274A (en) 2006-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8574778B2 (en) Fuel cell stack
JP5330532B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP3920018B2 (en) Fuel cell stack
JP4828841B2 (en) Fuel cell
US9590254B2 (en) Fuel cell stack
JP4231679B2 (en) Fuel cell
US7972737B2 (en) Fuel cell
JP2004006104A (en) Separator structure of fuel cell
JP5060023B2 (en) Fuel cell and fuel cell module
JP6167800B2 (en) Current measuring device
JP6059615B2 (en) Fuel cell stack
JP4516403B2 (en) Fuel cell
JP3673252B2 (en) Fuel cell stack
JP2002352820A (en) Connection structure of connector for cell voltage monitor to cell
JP2007207555A (en) Fuel cell
JP2005216700A (en) Fuel cell stack, separator intermediate body and method of manufacture for separator
JP5449848B2 (en) Fuel cell stack
JP4726182B2 (en) Fuel cell stack
KR100622077B1 (en) Stacking structure of monopolar cell
JP5302758B2 (en) Fuel cell stack
JP5366793B2 (en) Fuel cell system
JP5245232B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP6690996B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP4505315B2 (en) Fuel cell
JP2007087778A (en) Load module for fuel cell system and fuel cell system equipped with load module

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071220

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110510

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110607

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120221

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120323

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: 20120717

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: 20120803

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150810

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5060023

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250