JP5188459B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記セパレータには、電圧測定端子が設けられ、前記電圧測定端子がコネクタに接続される燃料電池スタックに関する。 The invention, together with the separator and the membrane electrode assembly in which a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane is laminated to the separator, a voltage measuring terminal is provided, the voltage measuring terminal connector The present invention relates to a fuel cell stack to be connected.
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電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. A unit cell is provided. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of unit cells.
燃料電池は、例えば、車載用として所望の発電力を得るために、所定数(例えば、数十〜数百)の単位セルを積層した燃料電池スタックとして使用されている。この種の燃料電池スタックでは、各単位セルが所望の発電性能を有しているか否かを検出する必要がある。このため、一般的には、セパレータに設けられたセル電圧端子を電圧検出装置(セル電圧モニタ)に接続して、発電時の各単位セル毎のセル電圧を検出する作業が行われている。 A fuel cell is used as a fuel cell stack in which a predetermined number (for example, several tens to several hundreds) of unit cells are stacked in order to obtain a desired power generation for in-vehicle use. In this type of fuel cell stack, it is necessary to detect whether each unit cell has a desired power generation performance. For this reason, generally, the operation | work which detects the cell voltage for every unit cell at the time of electric power generation by connecting the cell voltage terminal provided in the separator to the voltage detection apparatus (cell voltage monitor) is performed.
例えば、特許文献1では、図5に示すように、固体高分子型の燃料電池スタック1を備えており、この燃料電池スタック1は、複数のセル2を積層して構成されている。セル2は、2セル毎に1ユニットとして構成されるとともに、各ユニットには、電力測定端子3が配置されている。
For example, in Patent Document 1, as shown in FIG. 5, a solid polymer fuel cell stack 1 is provided, and the fuel cell stack 1 is formed by stacking a plurality of cells 2. The cell 2 is configured as one unit every two cells, and a
燃料電池スタック1は、セル2の積層方向両端にエンドプレート4a、4bが配置され、前記エンドプレート4a、4bの各角部同士は、屈曲形状を有する連結板5に固着されることにより、前記セル2には、積層方向への荷重が付与されている。燃料電池スタック1の側部には、外方に突出して電圧測定端子3が配列されるとともに、前記電圧測定端子3には、図示しないコネクタが接続されている。
In the fuel cell stack 1,
ところで、上記の燃料電池スタック1において、電圧測定端子3とコネクタとの接続部位に、防水構造を採用する必要がある。このため、電圧測定端子3には、個別に防水シールが設けられており、特に多数のユニットが積層される燃料電池スタック1では、製造コストが高騰するという問題がある。
By the way, in the fuel cell stack 1 described above, it is necessary to adopt a waterproof structure at the connection portion between the
本発明はこの種の課題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、所望の防水機能を有することができ、しかもコンパクト化が容易に可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve this kind of problem, and to provide a fuel cell stack that can have a desired waterproof function with a simple and economical configuration and that can be easily made compact. To do.
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記セパレータには、電圧測定端子が設けられ、前記電圧測定端子がコネクタに接続される燃料電池スタックに関するものである。 The invention, together with the separator and the membrane electrode assembly in which a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane is laminated to the separator, a voltage measuring terminal is provided, the voltage measuring terminal connector The present invention relates to a fuel cell stack to be connected.
この燃料電池スタックは、電圧測定端子とコネクタとの接続部位を覆うケーシング部材を備え、セパレータに設けられるシール部材は、前記電圧測定端子の一部を被膜し且つ前記ケーシング部材に嵌合する端子シール部を一体に構成している。 The fuel cell stack includes a casing member for covering the connecting portion between the voltage measurement terminals and connectors, sealing member provided in the separator is fitted to a portion of the coated and the casing member of the voltage measuring terminal The terminal seal portion is integrally formed.
また、ケーシング部材は、電圧測定端子が保持される第1部材と、コネクタが保持される第2部材とを備え、前記第1部材又は前記第2部材のいずれか一方には、外部に突出し且つ外周に環状シール部材が装着される筒状部が設けられ、且つ他方には、前記筒状部に装着された前記環状シール部材が嵌合する凹部が設けられるとともに、前記環状シール部材は、接続部位の外周を覆って配設されることが好ましい。 Further, the casing member is conductive and the first member pressure measuring terminal is maintained, and a second member to which the connector is held, on one of the first member or the second member protrudes to the outside A cylindrical portion to which the annular seal member is attached is provided on the outer periphery, and on the other side, a concave portion in which the annular seal member attached to the cylindrical portion is fitted is provided, and the annular seal member is It is preferable to be disposed so as to cover the outer periphery of the connection site.
本発明によれば、セパレータのシール部材が、端子シール部を一体に構成するため、前記セパレータに前記シール部材を成形する際に、前記端子シール部も同時に成形することができる。従って、端子シール部を個別に成形する必要がなく、成形作業が簡素化してコストの削減が容易に図られる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、所望の防水機能を有することが可能になる。 According to the present invention, since the seal member of the separator integrally forms the terminal seal portion, the terminal seal portion can be simultaneously formed when the seal member is formed on the separator. Therefore, it is not necessary to individually mold the terminal seal portion, the molding operation is simplified, and the cost can be easily reduced. This makes it possible to have a desired waterproof function with a simple and economical configuration.
図1に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック10は、複数の燃料電池(単位セル)12が矢印A方向(水平方向又は鉛直方向)に積層される。燃料電池12の積層方向一端には、第1ターミナルプレート14a、第1絶縁プレート16a及び第1エンドプレート18aが積層される一方、積層方向他端には、第2ターミナルプレート14b、第2絶縁プレート16b及び第2エンドプレート18bが積層される。
As shown in FIG. 1, in a
第1エンドプレート18aと第2エンドプレート18bとは、複数のタイロッド19を介して積層方向に締め付け荷重が付与される。なお、タイロッド19に代えて、箱状のケーシング等を用いることができる。
A tightening load is applied to the
図2に示すように、燃料電池12は、電解質膜・電極構造体20が、第1及び第2セパレータ22、24に挟持される。第1及び第2セパレータ22、24は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属セパレータやカーボンセパレータにより構成される。
As shown in FIG. 2, the
燃料電池12の矢印C方向(図2中、重力方向)の上端縁部には、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26a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔28aが、矢印B方向(水平方向)に配列して設けられる。
An oxidation for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, to the upper edge of the
燃料電池12の矢印C方向の下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔28b、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26bが、矢印B方向に配列して設けられる。
The lower end edge of the
燃料電池12の矢印B方向の両端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔30a、及び前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔30bが設けられる。
A cooling medium
第1セパレータ22の電解質膜・電極構造体20に向かう面22aには、酸化剤ガス入口連通孔26aと酸化剤ガス出口連通孔26bとに連通する酸化剤ガス流路32が設けられる。
An oxidant
第2セパレータ24の電解質膜・電極構造体20に向かう面24aには、燃料ガス入口連通孔28aと燃料ガス出口連通孔28bとに連通する燃料ガス流路34が設けられる。
A
互いに隣接する燃料電池12を構成する第1セパレータ22の面22bと、第2セパレータ24の面24bとの間には、冷却媒体入口連通孔30aと冷却媒体出口連通孔30bとを連通する冷却媒体流路36が設けられる。
A cooling medium that connects the cooling medium
第1セパレータ22の面22a、22bには、第1シール部材38が、一体的又は個別に設けられるとともに、第2セパレータ24の面24a、24bには、第2シール部材40が、一体的に又は個別に設けられる。
The first seal member 38 is integrally or individually provided on the
第1及び第2シール部材38、40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。
The first and
電解質膜・電極構造体20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42と、前記固体高分子電解質膜42を挟持するカソード側電極44及びアノード側電極45とを備える。
The electrolyte membrane /
カソード側電極44及びアノード側電極45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て形成される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42の両面に形成されている。
The
燃料電池12の短辺方向(矢印B方向)の一側部には、凹部46が形成されるとともに、例えば、第2セパレータ24には、前記凹部46に突出して電圧測定端子48が設けられる。電圧測定端子48には、前記電圧測定端子48の一部を被膜して端子シール部50が設けられるとともに、前記端子シール部50は、第2シール部材40に一体に構成される。
On one side in the short side direction (arrow B) of the
図1に示すように、第1エンドプレート18aの上部側には、酸化剤ガス入口連通孔26aに連通する酸化剤ガス入口マニホールド52aと、燃料ガス入口連通孔28aに連通する燃料ガス入口マニホールド54aとが設けられる。第1エンドプレート18aの下部側には、酸化剤ガス出口連通孔26bに連通する酸化剤ガス出口マニホールド52bと、燃料ガス出口連通孔28bに連通する燃料ガス出口マニホールド54bとが設けられる。
As shown in FIG. 1, on the upper side of the
第2エンドプレート18bには、図示しないが、矢印C方向に延在してそれぞれ冷却媒体入口連通孔30aに連通する冷却媒体入口マニホールドと、冷却媒体出口連通孔30bに連通する冷却媒体出口マニホールドとが設けられる。
Although not shown, the
各燃料電池12を構成する第2セパレータ24の電圧測定端子48には、コネクタ56が接続されるとともに、前記コネクタ56は、ケーブル58を介して電圧測定装置(ECU)60に接続される。
A
図3及び図4に示すように、コネクタ56は、電圧測定端子48に接続される接続端子部62を有する。電圧測定端子48と接続端子部62との接続部位64を覆って樹脂製ケーシング部材66が配設される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
ケーシング部材66は、電圧測定端子48が保持される第1部材68と、コネクタ56が保持される第2部材70とを備える。第1部材68は、略直方体形状を有し、一端部には、外方に突出して開口断面長円形状の筒状部72が設けられる。
The
筒状部72には、接続端子部62及び電圧測定端子48が挿入される第1開口部74aが設けられる。第1開口部74aの内方には、電圧測定端子48が挿入される第2開口部(スリット)74bと、端子シール部50が嵌合する第3開口部74cとが連通する。第3開口部74cは、第1部材68の他端から外部に開放される。筒状部72の外周部には、環状シール部材76が外装される。
The
第2部材70は、環状シール部材76が嵌合する凹部78を設けるとともに、前記凹部78は、筒状部72の軸方向の長さと同等の深さに設定される(図4参照)。環状シール部材76は、電圧測定端子48と接続端子部62との接続部位64を覆って配置される。
The
このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図1に示すように、第1エンドプレート18aの酸化剤ガス入口マニホールド52aから酸化剤ガス入口連通孔26aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口マニホールド54aから燃料ガス入口連通孔28aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。一方、第2エンドプレート18bの冷却媒体入口マニホールド(図示せず)から冷却媒体入口連通孔30aには、純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。
First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied from an oxidant
このため、図2に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔26aから第1セパレータ22の酸化剤ガス流路32に導入される。酸化剤ガスは、矢印C方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体20を構成するカソード側電極44に供給される。
For this reason, as shown in FIG. 2, the oxidant gas is introduced into the oxidant
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔28aから第2セパレータ24の燃料ガス流路34に導入される。この燃料ガスは、矢印C方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体20を構成するアノード側電極45に供給される。
On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel
従って、電解質膜・電極構造体20では、カソード側電極44に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極45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。
Therefore, in the electrolyte membrane /
次いで、カソード側電極44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26bに沿って矢印A方向に排出され、第1エンドプレート18aの酸化剤ガス出口マニホールド52bに排出される(図1参照)。
Next, the oxidant gas supplied and consumed to the
一方、アノード側電極45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28bに沿って矢印A方向に排出され、第1エンドプレート18aの燃料ガス出口マニホールド54bに排出される。
On the other hand, the fuel gas supplied to and consumed by the
また、冷却媒体入口連通孔30aに供給された冷却媒体は、第1及び第2セパレータ22、24間の冷却媒体流路36に導入された後、矢印C方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体20を冷却した後、冷却媒体出口連通孔30bから第2エンドプレート18bに排出される。
The cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、第1の実施形態では、電圧測定端子48の一部を被膜する端子シール部50は、第2シール部材40に一体に構成されている。従って、第2セパレータ24に第2シール部材40を成形する際に、端子シール部50も同時に成形することができる。このため、端子シール部50を個別に成形する必要がなく、成形作業が簡素化してコストの削減が容易に図られる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、所望の防水機能を有することが可能になるという効果が得られる。
In this case, in the first embodiment, the
しかも、個別の環状シール部材76を設けるため、コネクタ56側に防水シールを一体成形したり、前記防水シールを接着する必要がない。従って、コネクタ56の製造コストが大幅に削減される。その上、コネクタ56を着脱する際に、防水シールの剥がれが惹起することがなく、防水の信頼性が向上するという利点がある。
In addition, since the individual
さらに、第1部材68を構成する筒状部72の外周部に、環状シール部材76が外装されるとともに、前記環状シール部材76は、第2部材70の凹部78に嵌合している。このため、環状シール部材76は、図4に示すように、電圧測定端子48と接続端子部62との接続部位64を覆って配置されている。これにより、ケーシング部材66は、矢印B方向の寸法を大幅に短尺化することが可能になる。従って、コネクタ56は、燃料電池スタック10から矢印B方向への突出長さが有効に短尺化され、小型化が容易に図られる。
Further, an
10…燃料電池スタック 12…燃料電池
18a、18b…エンドプレート 20…電解質膜・電極構造体
22、24…セパレータ 26a…酸化剤ガス入口連通孔
26b…酸化剤ガス出口連通孔 28a…燃料ガス入口連通孔
28b…燃料ガス出口連通孔 30a…冷却媒体入口連通孔
30b…冷却媒体出口連通孔 32…酸化剤ガス流路
34…燃料ガス流路 36…冷却媒体流路
42…固体高分子電解質膜 44…カソード側電極
45…アノード側電極 46、78…凹部
48…電圧測定端子 50…端子シール部
56…コネクタ 58…ケーブル
60…電圧測定装置 62…接続端子部
64…接続部位 66…ケーシング部材
68、70…部材 72…筒状部
76…環状シール部材
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記電圧測定端子と前記コネクタとの接続部位を覆うケーシング部材を備え、
前記セパレータに設けられるシール部材は、前記電圧測定端子の一部を被膜し且つ前記ケーシング部材に嵌合する端子シール部を一体に構成することを特徴とする燃料電池スタック。 Fuel with a separator and the membrane electrode assembly in which a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane is laminated to the separator, a voltage measuring terminal is provided, wherein the voltage measuring terminal is connected to the connector A battery stack,
A casing member for covering the connecting portion between the connector and the voltage measuring terminal,
The seal member provided in the separator, the fuel cell stack, characterized in that integrally formed the voltage terminal seal portion fitted to the coating was and said casing member to a portion of the measurement terminal.
前記コネクタが保持される第2部材と、
を備え、
前記第1部材又は前記第2部材のいずれか一方には、外部に突出し且つ外周に環状シール部材が装着される筒状部が設けられ、且つ他方には、前記筒状部に装着された前記環状シール部材が嵌合する凹部が設けられるとともに、
前記環状シール部材は、前記接続部位の外周を覆って配設されることを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1, wherein the casing member includes a first member to which the voltage measuring terminal is maintained,
A second member for holding the connector;
With
Either one of the first member and the second member is provided with a cylindrical portion that protrudes to the outside and is fitted with an annular seal member on the outer periphery, and the other is attached to the cylindrical portion. A recess for fitting the annular seal member is provided,
The fuel cell stack, wherein the annular seal member is disposed so as to cover an outer periphery of the connection portion.
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