JP5342901B2

JP5342901B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP5342901B2
Application number: JP2009055412A
Authority: JP
Inventors: 秀晴内藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-03-09
Also published as: JP2010212024A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery capable of preventing space efficiency from being deteriorated and improving measurement accuracy of a voltage monitoring unit, by efficiently disposing diodes. <P>SOLUTION: In this fuel battery, an electrolyte electrode structure provided with an anode and a cathode and a metallic separator are laminated on both side faces of a solid polymer electrolyte membrane to form a cell, a plurality of the cells are laminated to form a fuel battery stack 3, and a voltage monitoring unit 23 and a diode unit 24 are electrically connected to the metallic separator. A connector 21 for measuring a cell voltage (the voltage monitoring unit 23) is disposed on the other side face 3a of the fuel battery stack 3, and on the other hand, the diode unit 24 is disposed on one side face 3a of the fuel battery stack 3. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下「単位セル」という。）を構成し、この単位セルを複数枚積層して燃料電池スタックとするものが知られている。 In a fuel cell, a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode to form a membrane electrode structure, and a pair of separators are arranged on both sides of the membrane electrode structure to form a flat unit fuel. A battery (hereinafter referred to as “unit cell”) is configured, and a plurality of unit cells are stacked to form a fuel cell stack.

この燃料電池では、アノード電極とアノード側セパレータとの間に形成された燃料ガス流路に燃料ガスとして水素ガス（アノードガス）を供給すると共に、カソード電極とカソード側セパレータとの間に形成された酸化ガス流路に酸化ガスとして空気（カソードガス）を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。 In this fuel cell, hydrogen gas (anode gas) is supplied as a fuel gas to a fuel gas flow path formed between the anode electrode and the anode side separator, and formed between the cathode electrode and the cathode side separator. Air (cathode gas) is supplied as an oxidizing gas to the oxidizing gas channel. As a result, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode electrode permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode electrode, and the cathode electrode causes an electrochemical reaction with oxygen in the air to generate power.

ここで、各セルが正常に動作するか否か、または起電力に異常はないか等をセルの電圧を測定することにより検出する場合がある。このような場合、各セパレータにそれぞれ電圧測定端子を設け、この電圧測定端子と電圧監視ユニット（電圧測定装置）とをリード線を介して接続することで各セパレータに挟まれたセルの発電電圧を測定することができる（例えば、特許文献１参照）。 Here, there are cases where it is detected by measuring the voltage of the cell whether or not each cell operates normally or whether there is an abnormality in the electromotive force. In such a case, each separator is provided with a voltage measurement terminal, and the voltage measurement terminal and the voltage monitoring unit (voltage measurement device) are connected via a lead wire so that the generated voltage of the cell sandwiched between the separators can be reduced. It can be measured (see, for example, Patent Document 1).

特開２００３−１５１６１３号公報JP 2003-151613 A

ところで、燃料電池の起動時など、水素ガスの欠乏時に、セルの電池反転が生じ、このセルによって燃料電池全体の出力性能が低下してしまう場合がある。このため、各セパレータにダイオードを接続してバイパス経路を設けることが検討されている。
バイパス用ダイオードは発熱するので、これを冷却する必要があり、例えばヒートシンク等を設ける分占有スペースが大きくなると共に、重量が増大してしまう。また、バイパス用ダイオードを配置すると、電圧測定端子と共に配置スペースに制約が生じ、かつ電圧監視ユニットが電気的ノイズを受け、電圧監視ユニットの測定精度が低下する虞がある。
しかしながら、上述の従来技術にあっては、バイパス用ダイオードの配置について何ら開示されておらず、バイパス用ダイオードを配置すると燃料電池のスペース効率が悪くなり、かつ電圧監視ユニットの測定精度が低下する虞があるという課題がある。 By the way, when the hydrogen gas is deficient, such as when the fuel cell is started up, cell reversal of the cell occurs, and the output performance of the entire fuel cell may be reduced by this cell. For this reason, it is considered to provide a bypass path by connecting a diode to each separator.
Since the bypass diode generates heat, it needs to be cooled. For example, the space occupied by the heat sink is increased, and the weight increases. In addition, when the bypass diode is arranged, there is a possibility that the arrangement space is restricted together with the voltage measurement terminal, and the voltage monitoring unit receives electrical noise, and the measurement accuracy of the voltage monitoring unit may be lowered.
However, in the above-described prior art, there is no disclosure about the arrangement of the bypass diode, and if the bypass diode is arranged, the space efficiency of the fuel cell is deteriorated and the measurement accuracy of the voltage monitoring unit may be lowered. There is a problem that there is.

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ダイオードを効率的に配置し、スペース効率の悪化を防止することができると共に、電圧監視ユニットの測定精度を向上させることができる燃料電池を提供するものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can efficiently arrange diodes to prevent deterioration of space efficiency and improve the measurement accuracy of the voltage monitoring unit. A fuel cell that can be used is provided.

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、請求項１に記載した発明は、電解質（例えば、実施形態における固体高分子電解質膜５）の両側面に、電極（例えば、実施形態におけるアノード６、カソード７）を設けた電解質電極構造体（例えば、実施形態における電解質電極構造体８）とセパレータ（例えば、実施形態におけるセパレータ９ａ，９ｂ）とを積層してセル（例えば、実施形態におけるセル４）を形成し、該セルを複数積層し、これら複数のセルを一対のエンドプレート（例えば、実施形態におけるエンドプレート６１ａ，６１ｂ）により挟持して燃料電池スタック（例えば、実施形態における燃料電池スタック３）を形成し、前記セパレータに、電気的に電圧監視ユニット（例えば、実施形態における電圧監視ユニット２３）とダイオードユニット（例えば、実施形態におけるダイオードユニット２４）とを接続した燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１）であって、前記ダイオードユニットは、ユニット本体（例えば、実施形態におけるユニット本体２６）と、複数の接続コネクタ（例えば、実施形態における接続コネクタ２５）と、これら接続コネクタと前記ユニット本体とを接続するケーブル（例えば、実施形態におけるケーブル２７）とにより構成され、前記セパレータの一側面には、上下方向略中央にセル電圧測定用端子（例えば、実施形態におけるセル電圧測定用端子２０）が設けられ、このセル電圧測定用端子にセル電圧測定用コネクタ（例えば、実施形態におけるセル電圧測定用コネクタ２１）が接続され、前記セパレータの前記一側面と対向する他側面には、上下方向略中央にダイオードユニット用端子（例えば、実施形態におけるダイオードユニット用端子１９）が設けられ、このダイオードユニット用端子に前記接続コネクタが接続され、前記セル電圧測定用コネクタよりも下方に、前記電圧監視ユニットを配置して、前記セル電圧測定用コネクタと前記電圧監視ユニットとを接続すると共に、前記接続コネクタよりも下方に、前記ユニット本体を配置し、前記燃料電池スタックに、前記一対のエンドプレート間に跨るブラケット（例えば、実施形態におけるブラケット３８）を設け、このブラケットに前記ユニット本体を固定し、下方に向かって徐々に末広がりとなるように傾斜する一対の側壁を有するセンターコンソール（例えば、実施形態におけるセンターコンソール２）内に、前記燃料電池スタックを収納したことを特徴とする。
このように構成することで、電圧監視ユニットとダイオードユニットとが互いに干渉することなく、かつ電圧監視ユニットが電気的ノイズの影響を受け難くなる。
また、電圧監視ユニットとダイオードユニットとの離間距離を大きく確保することができる。 In order to solve the above-described problem, the invention described in claim 1 is the same as that described in claim 1, in which electrodes (for example, the solid polymer electrolyte membrane 5 in the embodiment) are provided on both sides of the electrolyte. An electrolyte electrode structure (for example, the electrolyte electrode structure 8 in the embodiment) provided with the anode 6 and the cathode 7 in the embodiment and a separator (for example, the separators 9a and 9b in the embodiment) are stacked to form a cell (for example, A cell 4) in the embodiment is formed, a plurality of the cells are stacked, and the plurality of cells are sandwiched by a pair of end plates (for example, the end plates 61a and 61b in the embodiment) to form a fuel cell stack (for example, the embodiment) The fuel cell stack 3) is formed, and the separator is electrically connected to the voltage monitoring unit (eg, voltage monitoring in the embodiment). Knit 23) and a diode unit (e.g., a fuel cell connected to the diode unit 24) in the embodiment (e.g., a fuel cell 1 in the embodiment), the diode unit, the unit main body (e.g., unit in the embodiment Main body 26), a plurality of connection connectors (for example, connection connector 25 in the embodiment), and a cable (for example, cable 27 in the embodiment) for connecting these connection connectors and the unit main body. On one side surface, a cell voltage measuring terminal (for example, the cell voltage measuring terminal 20 in the embodiment) is provided substantially in the center in the vertical direction, and a cell voltage measuring connector (for example, in the embodiment) is provided on the cell voltage measuring terminal. A cell voltage measuring connector 21) is connected to the separator; A diode unit terminal (for example, the diode unit terminal 19 in the embodiment) is provided at the substantially vertical center in the other side surface opposite to the one side surface, and the connection connector is connected to the diode unit terminal. The voltage monitoring unit is arranged below the cell voltage measurement connector to connect the cell voltage measurement connector and the voltage monitoring unit, and the unit body is arranged below the connection connector. Then, the fuel cell stack is provided with a bracket (for example, the bracket 38 in the embodiment) straddling between the pair of end plates, and the unit main body is fixed to the bracket so as to gradually spread downward. A center console having a pair of inclined side walls (for example, the center console in the embodiment). The fuel cell stack is housed in the printer console 2) .
With this configuration, the voltage monitoring unit and the diode unit do not interfere with each other, and the voltage monitoring unit is not easily affected by electrical noise.
Further, a large separation distance between the voltage monitoring unit and the diode unit can be ensured.

請求項１に記載した発明によれば、電圧監視ユニットとダイオードユニットとが互いに干渉することなく、かつ電圧監視ユニットが電気的ノイズの影響を受け難くなる。このため、燃料電池のスペース効率の悪化を防止することができると共に、電圧監視ユニットの測定精度を向上させることが可能になる。 According to the first aspect of the present invention, the voltage monitoring unit and the diode unit do not interfere with each other, and the voltage monitoring unit is hardly affected by electrical noise. For this reason, it is possible to prevent deterioration of the space efficiency of the fuel cell and improve the measurement accuracy of the voltage monitoring unit.

請求項２に記載した発明によれば、電圧監視ユニットとダイオードユニットとの離間距離を大きく確保することができるので、より確実に電圧監視ユニットの測定精度を向上させることが可能になる。 According to the second aspect of the present invention, a large separation distance between the voltage monitoring unit and the diode unit can be secured, so that the measurement accuracy of the voltage monitoring unit can be improved more reliably.

本発明の実施形態における燃料電池の斜視図である。It is a perspective view of the fuel cell in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における燃料電池の正面図である。It is a front view of the fuel cell in the embodiment of the present invention. 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line of FIG. 本発明の実施形態における燃料電池のセルの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the cell of the fuel battery | cell in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における燃料電池スタックの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell stack in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるダイオードユニットの斜視図である。It is a perspective view of the diode unit in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態におけるダイオードユニットの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the diode unit in embodiment of this invention.

（燃料電池）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、燃料電池１は、例えば、燃料電池車両（不図示）のセンターコンソール２内に収納されており、燃料電池スタック３を有している。
センターコンソール２は、車両の左右に配置されているフロントシート（不図示）間に車両の前後方向に沿って延出し、さらに上方に向かって膨出形成されたものである。すなわち、センターコンソール２は、上壁２ａと、この上壁２ａの左右幅方向から下方に向かって延出する一対の側壁２ｂ，２ｂとを有している。一対の側壁２ｂ，２ｂは、下方に向かうに従って徐々に末広がりとなるように傾斜している。 (Fuel cell)
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 to 3, the fuel cell 1 is housed in a center console 2 of a fuel cell vehicle (not shown), for example, and has a fuel cell stack 3.
The center console 2 extends along the front-rear direction of the vehicle between front seats (not shown) arranged on the left and right sides of the vehicle, and further bulges upward. That is, the center console 2 has an upper wall 2a and a pair of side walls 2b, 2b extending downward from the left-right width direction of the upper wall 2a. The pair of side walls 2b, 2b are inclined so as to gradually expand toward the bottom.

燃料電池スタック３は、板状に形成された単位燃料電池（以下、「セル」という）４を多数積層して電気的に直列接続されたものである。燃料電池スタック３の両側には、不図示のインシュレータを介して一対のエンドプレート６１ａ，６１ｂが配置されている。つまり、多数のセル４は、その積層方向の両端部においてインシュレータ（不図示）を間に挟んでエンドプレート６１ａ，６１ｂにより挟持されている。 The fuel cell stack 3 is formed by stacking a number of unit fuel cells (hereinafter referred to as “cells”) 4 formed in a plate shape and electrically connected in series. A pair of end plates 61a and 61b are disposed on both sides of the fuel cell stack 3 via insulators (not shown). That is, a large number of cells 4 are sandwiched between the end plates 61a and 61b with insulators (not shown) interposed therebetween at both ends in the stacking direction.

図３、図４に示すように、セル４は、固体高分子電解質膜５をアノード６とカソード７とで両側から挟み込んでなる電解質電極構造体８と、この電解質電極構造体８の厚さ方向両面に配置され電解質電極構造体８を挟持する一対の波板状の金属製セパレータ９ａ，９ｂとで構成されている。固体高分子電解質膜５は、例えば、ペルフルオロスルホン酸ポリマー（登録商標「ナフィオン」）等の固体ポリマーイオン交換膜等で構成されている。
このようなセル４を、隣り合う金属セパレータ９ａ，９ｂ同士における凸部６１ａ，６１ｂ同士を突き合わせ、凹部６２ａ，６２ｂ同士を対向させるようにして複数積層し、燃料電池スタック３が構成される。 As shown in FIGS. 3 and 4, the cell 4 includes an electrolyte electrode structure 8 in which a solid polymer electrolyte membrane 5 is sandwiched between an anode 6 and a cathode 7, and a thickness direction of the electrolyte electrode structure 8. It is composed of a pair of corrugated metal separators 9a and 9b which are arranged on both sides and sandwich the electrolyte electrode structure 8. The solid polymer electrolyte membrane 5 is made of, for example, a solid polymer ion exchange membrane such as perfluorosulfonic acid polymer (registered trademark “Nafion”).
A plurality of such cells 4 are laminated such that the convex portions 61a and 61b in the adjacent metal separators 9a and 9b face each other, and the concave portions 62a and 62b are opposed to each other, whereby the fuel cell stack 3 is configured.

金属セパレータ９ａ，９ｂに対向する凹部６２ａ，６２ｂ間の空間は、冷却液が供給される冷却液通路１２として構成される。また、金属セパレータ９ａの凸部６１ａの裏側の凹部６３とアノード６との間の空間は、燃料ガスとしての水素ガス（アノードガス）が流通するアノードガス通路１０として構成される。さらに、金属セパレータ９ｂの凸部６１ｂの裏側の凹部６４とカソード７との間の空間は、酸化ガスとして酸素を含む空気（カソードガス）が流通するカソードガス通路１１として構成される。 A space between the recesses 62a and 62b facing the metal separators 9a and 9b is configured as a coolant passage 12 to which coolant is supplied. The space between the concave portion 63 on the back side of the convex portion 61a of the metal separator 9a and the anode 6 is configured as an anode gas passage 10 through which hydrogen gas (anode gas) as fuel gas flows. Furthermore, the space between the concave portion 64 on the back side of the convex portion 61b of the metal separator 9b and the cathode 7 is configured as a cathode gas passage 11 through which air containing oxygen (cathode gas) as an oxidizing gas flows.

アノードガス通路１０は、燃料電池スタック３に形成されたアノードガスマニホールド１３に連通している。アノードガスマニホールド１３は、アノードガス通路１０にアノードガスを導入するためのものである。
また、カソードガス通路１１は、燃料電池スタック３に形成されたカソードガスマニホールド１４に連通している。カソードガスマニホールド１４は、カソードガス通路１１にカソードガスを導入するためのものである。さらに、冷却液通路１２は、燃料電池スタック３に形成された冷却液導入マニホールド１５に連通している。冷却液導入マニホールド１５は、冷却液通路１２に冷却液を導入するためのものである。 The anode gas passage 10 communicates with an anode gas manifold 13 formed in the fuel cell stack 3. The anode gas manifold 13 is for introducing an anode gas into the anode gas passage 10.
The cathode gas passage 11 communicates with a cathode gas manifold 14 formed in the fuel cell stack 3. The cathode gas manifold 14 is for introducing a cathode gas into the cathode gas passage 11. Further, the coolant passage 12 communicates with a coolant introduction manifold 15 formed in the fuel cell stack 3. The coolant introduction manifold 15 is for introducing a coolant into the coolant passage 12.

そして、アノード６で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜５を透過してカソード７まで移動し、カソード７で酸素と電気化学反応を起こして発電する。
この発電に伴う発熱により燃料電池１が所定温度を越えないように、冷却液通路１２を流れる冷却液で熱を奪い冷却するようになっている。
この他に、燃料電池スタック３には、アノード６から発電に使用されなかったアノードオフガスを排出するためのアノードオフガスマニホールド１６、カソード７から発電に使用されなかったカソードオフガスを排出するためのカソードオフガスマニホールド１７、および冷却液を排出する冷却液排出マニホールド１８がそれぞれ形成されている。 Then, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode 6 pass through the solid polymer electrolyte membrane 5 and move to the cathode 7, causing an electrochemical reaction with oxygen at the cathode 7 to generate power.
In order to prevent the fuel cell 1 from exceeding a predetermined temperature due to heat generated by this power generation, the cooling fluid flowing through the cooling fluid passage 12 takes heat and cools it.
In addition, the fuel cell stack 3 includes an anode offgas manifold 16 for discharging anode offgas not used for power generation from the anode 6, and a cathode offgas for discharging cathode offgas not used for power generation from the cathode 7. A manifold 17 and a coolant discharge manifold 18 that discharges the coolant are formed.

ここで、図３、図５に示すように、各セル４の一対の金属製セパレータ９ａ，９ｂには、ダイオードユニット用端子１９とセル電圧測定用端子２０とが設けられている。そして、ダイオードユニット用端子１９は、燃料電池スタック３の左右幅方向の一側面３ａであって、かつ上下方向略中央に配置され、セル電圧測定用端子２０は、燃料電池スタック３の左右幅方向の他側面３ｂであって、かつ上下方向略中央に配置されている。すなわち、ダイオードユニット用端子１９とセル電圧測定用端子２０は、互いに対向配置した状態になっている。 Here, as shown in FIGS. 3 and 5, a pair of metal separators 9 a and 9 b of each cell 4 is provided with a diode unit terminal 19 and a cell voltage measurement terminal 20. The diode unit terminal 19 is disposed on the one side surface 3a of the fuel cell stack 3 in the left-right width direction and substantially at the center in the vertical direction, and the cell voltage measurement terminal 20 is disposed in the left-right width direction of the fuel cell stack 3. It is the other side surface 3b, and is arranged at the approximate center in the vertical direction. That is, the diode unit terminal 19 and the cell voltage measurement terminal 20 are arranged to face each other.

（電圧監視ユニット）
図２、図５に示すように、所定間隔を開けて存在するセル電圧測定用端子２０には、それぞれセル電圧測定用コネクタ（セルＶコネクタ）２１が接続されている。このセル電圧測定用コネクタ２１には、ケーブル２２を介して電圧監視ユニット２３が接続されている。電圧監視ユニット２３は、各セル４が正常に動作するか否か、または起電力に異常はないか等をセル４の電圧を測定することにより検出するためのものである。電圧監視ユニット２３は、セル電圧測定用コネクタ２１が配置されている燃料電池スタック３の他側面３ｂであって、セル電圧測定用コネクタ２１よりもやや下方（図２における下側）に配置されている。すなわち、所定間隔をあけて接続されたセル電圧測定用端子２０間を複数のセル４で構成された１つのセル群４１とし、このセル群４１が正常に動作するか否か、または起電力に異常はないか等を電圧監視ユニット２３によって検出している。 (Voltage monitoring unit)
As shown in FIGS. 2 and 5, a cell voltage measurement connector (cell V connector) 21 is connected to each of the cell voltage measurement terminals 20 existing at a predetermined interval. A voltage monitoring unit 23 is connected to the cell voltage measuring connector 21 via a cable 22. The voltage monitoring unit 23 is for detecting whether or not each cell 4 operates normally or whether or not there is an abnormality in the electromotive force by measuring the voltage of the cell 4. The voltage monitoring unit 23 is disposed on the other side 3b of the fuel cell stack 3 on which the cell voltage measurement connector 21 is disposed, and slightly below the cell voltage measurement connector 21 (lower side in FIG. 2). Yes. That is, a cell group 41 composed of a plurality of cells 4 is formed between the cell voltage measurement terminals 20 connected at a predetermined interval, and whether or not the cell group 41 operates normally or whether the electromotive force is generated. The voltage monitoring unit 23 detects whether there is an abnormality.

（ダイオードユニット）
図１、図２、図６、図７に示すように、ダイオードユニット用端子１９には、複数のダイオードユニット２４が接続されている。なお、本実施形態では３つのダイオードユニット２４を図示する。
ダイオードユニット２４は、セル４のダイオードユニット用端子１９に接続される複数の接続コネクタ２５と、ユニット本体２６と、各接続コネクタ２５とに跨るように配線され両者２５，２６を接続するケーブル２７とで構成されている。
各ダイオードユニット２４は、燃料電池スタック３の長手方向に沿って並設されており、隣接するユニット本体２６同士がハーネス３７を介して接続されている。 (Diode unit)
As shown in FIGS. 1, 2, 6, and 7, a plurality of diode units 24 are connected to the diode unit terminal 19. In the present embodiment, three diode units 24 are illustrated.
The diode unit 24 includes a plurality of connection connectors 25 connected to the diode unit terminals 19 of the cell 4, a unit main body 26, and a cable 27 that extends between the connection connectors 25 and connects both the connectors 25 and 26. It consists of
The diode units 24 are arranged in parallel along the longitudinal direction of the fuel cell stack 3, and adjacent unit bodies 26 are connected to each other via a harness 37.

ここで、以下の説明において、各ダイオードユニット２４は同じ構造を有しているので、１つのダイオードユニット２４についてのみ詳細に説明する。
接続コネクタ２５は、ダイオードユニット用端子１９に着脱可能な筐体２８と、筐体２８内に配置されている基板２９とを有している。基板２９には、ダイオードユニット用端子１９とケーブル２７の一端が接続されており、これらダイオードユニット用端子１９とケーブル２７とを電気的に接続するパターン（不図示）が形成されている。 Here, in the following description, since each diode unit 24 has the same structure, only one diode unit 24 will be described in detail.
The connection connector 25 includes a housing 28 that can be attached to and detached from the diode unit terminal 19 and a substrate 29 that is disposed in the housing 28. One end of the diode unit terminal 19 and the cable 27 is connected to the substrate 29, and a pattern (not shown) for electrically connecting the diode unit terminal 19 and the cable 27 is formed.

また、基板２９には、ダイオードユニット用端子１９とケーブル２７との間であってパターン上に過電流を防止するためのヒューズ３６（図７参照）が実装されている。すなわち、ダイオードユニット用端子１９とケーブル２７は、互いにヒューズ３６を介して接続された状態になっている。
このように構成された各接続コネクタ２５は、それぞれ所定間隔をあけて存在するダイオードユニット用端子１９に接続されている。 A fuse 36 (see FIG. 7) for preventing overcurrent is mounted on the pattern between the diode unit terminal 19 and the cable 27 on the substrate 29. That is, the diode unit terminal 19 and the cable 27 are connected to each other via the fuse 36.
Each connection connector 25 configured in this way is connected to a diode unit terminal 19 that exists at a predetermined interval.

各ユニット本体２６には、それぞれ隣接する複数（本実施形態では３つ）の接続コネクタ２５が接続されている。ユニット本体２６は、燃料電池スタック３の長手方向に沿って長くなるように形成された略長方形状の筐体３０と、筐体３０内に配置されている基板３１とを有している。
筐体３０は、燃料電池スタック３の一側面３ａであってダイオードユニット用端子１９よりもやや下方（図１、図２における下側）に配置されている。燃料電池スタック３の筐体３０に対応する箇所には、ブラケット３８がボルト３９によって締結固定されており、このブラケット３８に筐体３０が固定されている。
筐体３０には、燃料電池スタック３との合わせ面とは反対側の面に、ヒートシンク３３が設けられている。ヒートシンク３３の長手方向に複数並設されているフィン３４は、この長手方向が上下方向に沿うように形成されている。 Each unit body 26 is connected to a plurality of (three in this embodiment) connection connectors 25 adjacent to each other. The unit main body 26 includes a substantially rectangular casing 30 formed so as to be long along the longitudinal direction of the fuel cell stack 3 and a substrate 31 disposed in the casing 30.
The casing 30 is disposed on one side surface 3a of the fuel cell stack 3 and slightly below the diode unit terminal 19 (lower side in FIGS. 1 and 2). A bracket 38 is fastened and fixed by bolts 39 at locations corresponding to the housing 30 of the fuel cell stack 3, and the housing 30 is fixed to the bracket 38.
The casing 30 is provided with a heat sink 33 on the surface opposite to the mating surface with the fuel cell stack 3. A plurality of fins 34 arranged in parallel in the longitudinal direction of the heat sink 33 are formed such that the longitudinal direction is along the vertical direction.

筐体３０内に配置されている基板３１には、接続コネクタ２５の個数に対応する複数（本実施形態では３つ）のダイオード３５が筐体の長手方向に沿って実装されている。基板３１には、各ダイオード３５を直列に接続するパターン４４が形成されている。隣接する３つの接続コネクタ２５から延びているケーブル２７の他端は、それぞれ対応するダイオード３５近傍に形成されているパターン４４に接続されている。 A plurality of (three in the present embodiment) diodes 35 corresponding to the number of connection connectors 25 are mounted on the substrate 31 disposed in the housing 30 along the longitudinal direction of the housing. A pattern 44 for connecting the diodes 35 in series is formed on the substrate 31. The other ends of the cables 27 extending from the three adjacent connector connectors 25 are connected to patterns 44 formed in the vicinity of the corresponding diodes 35 respectively.

また、パターン４４の長手方向両端には、それぞれ隣接するユニット本体２６同士を接続するハーネス３７の一端が接続されている。ユニット本体２６の長手方向両端側には、ハーネス３７を挿通するための挿通孔４７が形成されている。この挿通孔４７を介してハーネス３７が隣接するユニット本体２６の基板３１，３１同士を電気的に接続している。
このような構成のもと、接続コネクタ２５が接続されているダイオードユニット用端子１９間を複数のセル４で構成された１つのセル群４２とし、各々セル群４２は、ヒューズ３６とダイオード３５とが直列接続された閉回路を形成した状態になっている（図７参照）。 Further, one end of a harness 37 that connects adjacent unit main bodies 26 to each other is connected to both ends of the pattern 44 in the longitudinal direction. Insertion holes 47 for inserting the harness 37 are formed on both ends of the unit body 26 in the longitudinal direction. Through this insertion hole 47, the boards 31 and 31 of the unit body 26 adjacent to the harness 37 are electrically connected.
With such a configuration, the diode unit terminals 19 to which the connection connector 25 is connected are defined as one cell group 42 composed of a plurality of cells 4, and each cell group 42 includes a fuse 36 and a diode 35. Are in a state of forming a closed circuit connected in series (see FIG. 7).

（作用）
ここで、図２に示すように、燃料電池車両（不図示）のセンターコンソール２の側壁２ｂ，２ｂは、下方に向かうに従って徐々に末広がりとなるように傾斜している。このため、センターコンソール２内に収納された燃料電池スタック３と側壁２ｂ，２ｂとの間の空隙Ｋは、下方に向かうに従って大きくなる。とりわけ、空隙Ｋの上下方向略中央は（図２における２点鎖線部分）、センターコンソール２を大型化することなく効率的にセル電圧測定用コネクタ２１やダイオードユニット２４を配置可能な大きさに設定される。 (Function)
Here, as shown in FIG. 2, the side walls 2b, 2b of the center console 2 of the fuel cell vehicle (not shown) are inclined so as to gradually expand toward the bottom. For this reason, the gap K between the fuel cell stack 3 housed in the center console 2 and the side walls 2b, 2b becomes larger toward the lower side. In particular, the vertical center of the gap K (the two-dot chain line portion in FIG. 2) is set to a size that allows the cell voltage measurement connector 21 and the diode unit 24 to be efficiently arranged without increasing the size of the center console 2. Is done.

燃料電池スタック３には、一側面３ａの上下方向略中央にダイオードユニット２４が設けられ、他側面３ｂの上下方向略中央に接続コネクタ２５が設けられているので、それぞれダイオードユニット２４、および接続コネクタ２５は、空隙Ｋ（図２における２点鎖線部分）を有効活用して配置された状態になっている。
なお、ダイオードユニット２４、および接続コネクタ２５が配置されている箇所よりも下方の空間には、センターコンソール２を大型化することなく、例えば、燃料電池スタック３に冷却液を導入するための冷却液配管やアノードガス、およびカソードガスを導入するためのガス配管を配索することも可能である。 Since the fuel cell stack 3 is provided with the diode unit 24 at approximately the center in the vertical direction of the one side surface 3a and the connection connector 25 at approximately the center in the vertical direction of the other side surface 3b, the diode unit 24 and the connection connector are respectively provided. Reference numeral 25 denotes a state in which the gap K (two-dot chain line portion in FIG. 2) is effectively utilized.
In addition, in the space below the location where the diode unit 24 and the connection connector 25 are arranged, for example, a coolant for introducing the coolant into the fuel cell stack 3 without increasing the size of the center console 2. It is also possible to route gas piping for introducing piping, anode gas, and cathode gas.

このような構成のもと、燃料電池１の起動時など、アノードガスの欠乏時に、電池反転が生じるセル４がある。ここで、ダイオードユニット２４が接続されている各セル群４２は、ヒューズ３６とダイオード３５とが直列接続された閉回路を形成している。このため、電池反転が生じたセル４が存在するセル群４２は、ダイオードユニット２４によってバイパスされる。すなわち、ダイオードユニット２４のヒューズ３６とダイオード３５の直列回路は、各セル群４２での電池反転を防止する反転抑制回路５１として機能している。よって、燃料電池１は、電池反転が生じたセル群４２を省いただけの出力を確保することができる。
なお、電池反転が生じたセル４をバイパスしない場合にあっては、この電池反転が生じたセル４の影響が燃料電池１全体に及び、燃料電池１の出力性能が著しく低下してしまう虞がある。 Under such a configuration, there is a cell 4 in which battery reversal occurs when the anode gas is deficient, such as when the fuel cell 1 is started. Here, each cell group 42 to which the diode unit 24 is connected forms a closed circuit in which a fuse 36 and a diode 35 are connected in series. For this reason, the cell group 42 in which the cell 4 in which the battery is reversed exists is bypassed by the diode unit 24. That is, the series circuit of the fuse 36 and the diode 35 of the diode unit 24 functions as an inversion suppression circuit 51 that prevents battery inversion in each cell group 42. Therefore, the fuel cell 1 can ensure the output only by omitting the cell group 42 in which the battery reversal has occurred.
In addition, when not bypassing the cell 4 in which the battery is inverted, the influence of the cell 4 in which the battery is inverted may affect the entire fuel cell 1 and the output performance of the fuel cell 1 may be significantly reduced. is there.

また、ダイオード３５が実装されている基板３１で発生する熱は、ダイオードユニット２４の筐体３０、およびヒートシンク３３を介して放熱される。ここで、ヒートシンク３３の複数のフィン３４は、上下方向に沿うように形成されているので、筐体３０が温められることにより生じる上昇気流が各フィン３４間をスムーズに通過することができる。このため、より効率的に基板３１を放熱させることが可能になり、ダイオードユニット２４の所望の性能を確実に確保することができる。 Further, heat generated in the substrate 31 on which the diode 35 is mounted is radiated through the housing 30 of the diode unit 24 and the heat sink 33. Here, since the plurality of fins 34 of the heat sink 33 are formed along the vertical direction, the rising airflow generated by warming the housing 30 can pass between the fins 34 smoothly. For this reason, it becomes possible to thermally radiate the board | substrate 31 more efficiently and the desired performance of the diode unit 24 can be ensured reliably.

一方、セル電圧測定用コネクタ２１が接続されているセル群４１は、電圧監視ユニット２３によって正常に動作するか否か、または起電力に異常はないか等が検出される。このとき、セル電圧測定用コネクタ２１とダイオードユニット２４とが互いに燃料電池スタック３を挟んで両側で対向配置された状態になっているので、電圧監視ユニット２３がダイオードユニット２４から発生する電気的ノイズの影響を受け難い。 On the other hand, whether or not the cell group 41 to which the cell voltage measuring connector 21 is connected normally operates or whether there is an abnormality in the electromotive force is detected by the voltage monitoring unit 23. At this time, since the cell voltage measuring connector 21 and the diode unit 24 are disposed opposite to each other with the fuel cell stack 3 interposed therebetween, the voltage monitoring unit 23 generates electrical noise generated from the diode unit 24. It is hard to be influenced by.

したがって、上述の実施形態によれば、電圧監視ユニット２３による検出精度を向上させることができる。
また、燃料電池スタック３の一側面３ａにダイオードユニット２４を設け、他側面３ｂに接続コネクタ２５、および電圧監視ユニット２３を設けているので、電圧監視ユニット２３（接続コネクタ２５）とダイオードユニット２４とが互いに干渉することがなく、かつ、燃料電池スタック３とセンターコンソール２との間に形成された空間（空隙Ｋ）を有効活用することができる。このため、電圧監視ユニット２３によって精度よく各セル群４１の状態を監視することができると共に、燃料電池１のスペース効率の悪化を防止することができる。 Therefore, according to the above-described embodiment, the detection accuracy by the voltage monitoring unit 23 can be improved.
Further, since the diode unit 24 is provided on one side surface 3a of the fuel cell stack 3 and the connection connector 25 and the voltage monitoring unit 23 are provided on the other side surface 3b, the voltage monitoring unit 23 (connection connector 25), the diode unit 24, Without interfering with each other, and the space (gap K) formed between the fuel cell stack 3 and the center console 2 can be effectively utilized. For this reason, the voltage monitoring unit 23 can accurately monitor the state of each cell group 41 and can prevent the space efficiency of the fuel cell 1 from deteriorating.

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、燃料電池スタック３の一側面３ａにダイオードユニット２４を設け、他側面３ｂに接続コネクタ２５、および電圧監視ユニット２３を設けている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ダイオードユニット２４と、接続コネクタ２５、および電圧監視ユニット２３とがそれぞれ燃料電池スタック３の異なる面に配置されていればよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention.
In the above-described embodiment, the case where the diode unit 24 is provided on the one side surface 3a of the fuel cell stack 3 and the connection connector 25 and the voltage monitoring unit 23 are provided on the other side surface 3b has been described. However, the present invention is not limited to this, and it is only necessary that the diode unit 24, the connection connector 25, and the voltage monitoring unit 23 are arranged on different surfaces of the fuel cell stack 3, respectively.

例えば、ダイオードユニット２４を燃料電池スタック３の上面３ｃに配置してもよい。この場合、ダイオードユニット用端子１９を燃料電池スタック３の上面３ｃ側に設け、ダイオードユニット２４の接続コネクタ２５、およびユニット本体２６の両者２５，２６とも燃料電池スタック３の上面３ｃに配置してもよい（図２における２点鎖線参照）。また、接続コネクタ２５のみ燃料電池スタック３の一側面３ａに配置する一方、ユニット本体２６のみ燃料電池スタック３の上面３ｃに配置し、両者２５，２６をハーネス２７で接続するようにしてもよい（図２における破線参照）。
さらに、接続コネクタ２５と電圧監視ユニット２３も同一面上に配置しなくてもよく、例えば、燃料電池スタック３の一側面３ａにダイオードユニット２４を配置した場合にあっては、電圧監視ユニット２３を燃料電池スタック３の上面３ｃに配置してもよい。 For example, the diode unit 24 may be disposed on the upper surface 3 c of the fuel cell stack 3. In this case, the diode unit terminal 19 is provided on the upper surface 3 c side of the fuel cell stack 3, and both the connection connector 25 of the diode unit 24 and the unit main body 26 are disposed on the upper surface 3 c of the fuel cell stack 3. Good (see the two-dot chain line in FIG. 2). Further, only the connection connector 25 may be disposed on one side surface 3 a of the fuel cell stack 3, while only the unit body 26 may be disposed on the upper surface 3 c of the fuel cell stack 3, and both 25 and 26 may be connected by a harness 27 ( (See broken line in FIG. 2).
Further, the connection connector 25 and the voltage monitoring unit 23 do not have to be arranged on the same surface. For example, when the diode unit 24 is arranged on the one side surface 3a of the fuel cell stack 3, the voltage monitoring unit 23 is not provided. You may arrange | position to the upper surface 3c of the fuel cell stack 3. FIG.

そして、上述の実施形態では、ダイオードユニット２４、および接続コネクタ２５をそれぞれ燃料電池スタック３の各側面３ａ，３ｂであって上下方向略中央に配置した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、他の部品のレイアウトに応じて、燃料電池スタック３とセンターコンソール２との間に形成された空間を有効活用して配置すればよい。例えば、ダイオードユニット２４、および接続コネクタ２５をそれぞれ燃料電池スタック３の各側面３ａ，３ｂの下方に配置してもよい。 In the above-described embodiment, the case where the diode unit 24 and the connection connector 25 are respectively disposed on the side surfaces 3a and 3b of the fuel cell stack 3 and at substantially the center in the vertical direction has been described. However, the present invention is not limited to this, and the space formed between the fuel cell stack 3 and the center console 2 may be effectively utilized according to the layout of other components. For example, you may arrange | position the diode unit 24 and the connection connector 25 under each side surface 3a, 3b of the fuel cell stack 3, respectively.

また、上述の実施形態では、燃料電池スタック３の一側面３ａにブラケット３８を設け、ここにダイオードユニット２４のユニット本体２６をボルト３２によって締結固定した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、燃料電池スタック３の一側面３ａに直接ユニット本体２６をボルト３２によって締結固定してもよい。また、例えば、燃料電池スタック３に複数のセル４の積層状態を保持するための締結バー等が設けられている場合にあっては、この締結バーにユニット本体２６を取り付けてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the bracket 38 is provided on the one side surface 3 a of the fuel cell stack 3 and the unit main body 26 of the diode unit 24 is fastened and fixed thereto by the bolt 32 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the unit body 26 may be fastened and fixed directly to the one side surface 3 a of the fuel cell stack 3 with the bolts 32. For example, when the fastening bar etc. for maintaining the lamination state of a plurality of cells 4 are provided in fuel cell stack 3, unit main part 26 may be attached to this fastening bar.

１…燃料電池２…センターコンソール３…燃料電池スタック３ａ…一側面３ｂ…他側面３ｃ…上面（他側面）４…セル５…固体高分子電解質膜（電解質）６…アノード（電極）７…カソード（電極）８…電解質電極構造体９ａ，９ｂ…金属製セパレータ（セパレータ）１９…ダイオードユニット用端子２０…セル電圧測定用端子２１…セル電圧測定用コネクタ２３…電圧監視ユニット２４…ダイオードユニット２５…接続コネクタ２６…ユニット本体２７…ケーブル３８…ブラケット６１ａ，６１ｂ…エンドプレート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell 2 ... Center console 3 ... Fuel cell stack 3a ... One side 3b ... Other side 3c ... Upper surface (other side) 4 ... Cell 5 ... Solid polymer electrolyte membrane (electrolyte) 6 ... Anode (electrode) 7 ... Cathode (Electrode) 8 ... Electrolyte electrode structure 9a, 9b ... Metal separator (separator) 19 ... Terminal for diode unit 20 ... Terminal for cell voltage measurement 21 ... Connector for cell voltage measurement 23 ... Voltage monitoring unit 24 ... Diode unit 25 ... Connector 26 ... Unit body 27 ... Cable 38 ... Brackets 61a and 61b ... End plate

Claims

A cell is formed by laminating an electrolyte electrode structure provided with electrodes and a separator on both sides of the electrolyte,
A plurality of the cells are stacked, and the plurality of cells are sandwiched between a pair of end plates to form a fuel cell stack,
A fuel cell in which a voltage monitoring unit and a diode unit are electrically connected to the separator,
The diode unit is composed of a unit main body, a plurality of connection connectors, and a cable connecting these connection connectors and the unit main body,
One side surface of the separator is provided with a cell voltage measurement terminal at the substantially vertical center, and a cell voltage measurement connector is connected to the cell voltage measurement terminal,
On the other side facing the one side of the separator, a diode unit terminal is provided at the substantially vertical center, and the connection connector is connected to the diode unit terminal.
The voltage monitoring unit is arranged below the cell voltage measurement connector to connect the cell voltage measurement connector and the voltage monitoring unit, and the unit body is arranged below the connection connector. And
The fuel cell stack is provided with a bracket straddling between the pair of end plates, and the unit body is fixed to the bracket.
A fuel cell, wherein the fuel cell stack is housed in a center console having a pair of side walls inclined so as to gradually expand toward the bottom .