JP6590247B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。

車両等に搭載される燃料電池には、複数の単位セルが積層されて燃料電池スタックとして用いられるものがある。単位セルは、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構成された電解質・電極構造体（以下、単にＭＥＡという）と、ＭＥＡに積層されたセパレータと、を有している（例えば、特許文献１参照）。
上述した燃料電池では、アノード電極に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極に酸化剤ガスとして空気を供給する。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。

この種の燃料電池において、セパレータには端子部が突設されており、各端子部間（各ＭＥＡ毎）の電圧を検出することで、燃料電池の発電状態を管理している。
また、近時では簡略化等を図るために、端子部を複数のセパレータ毎に設け、複数のセパレータ間（複数のＭＥＡ毎）の電圧を検出する構成が知られている。

特許第４５６６５８８号公報

しかしながら、上述したように複数のセパレータ間で電圧を検出する構成では、例えば故障等により燃料電池をメンテナンスする際、各ＭＥＡ毎の電圧を検出することができず、故障箇所を特定することが難しい。
これに対して、各セパレータのうち、端子部が設けられたセパレータ以外のセパレータにメンテナンス時に用いる予備端子部を設ける構成も考えられる。

そこで、本発明は、上述した事情に考慮してなされたもので、低コスト化を図るとともに、メンテナンス性を向上させることができる燃料電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明では、電解質・電極構造体（例えば、実施形態におけるＭＥＡ２４，２５）、及び前記電解質・電極構造体に積層されたセパレータ（例えば、実施形態におけるセパレータ２１〜２３）を有する単位セル（例えば、実施形態における単位セル２）が複数積層されてなる燃料電池１において、前記セパレータは、積層方向から見て前記電解質・電極構造体に重なり合うセパレータプレート（例えば、実施形態におけるセパレータプレート４１）と、前記セパレータプレートから面方向の外側に向けて突出する第１端子部（例えば、実施形態における予備端子部６１）と、前記セパレータプレートの外周縁を被覆するプレート被覆部（例えば、実施形態におけるプレート被覆部７１）と、前記プレート被覆部に一体で形成され、前記第１端子部の先端部を被覆する端子被覆部（例えば、実施形態における端子被覆部７２）と、を備え、一の前記セパレータの前記第１端子部、及び前記一のセパレータに対して積層方向で隣り合う他の前記セパレータの前記第１端子部同士は、積層方向から見て互いにずれたオフセット部（例えば、実施形態におけるオフセット部６１ｂ）を備えるとともに、前記端子被覆部によってそれぞれ被覆されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明では、前記端子被覆部と前記プレート被覆部との間には、前記プレート被覆部に対して前記端子被覆部を破断可能とする弱化部（例えば、実施形態における弱化部７４）が配設されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明では、前記単位セルは、２枚の前記セパレータと、２枚の前記セパレータ間に配置された２枚の前記電解質・電極構造体と、２枚の前記電解質・電極構造体間に配置された中間セパレータ（例えば、実施形態における第２セパレータ２２）と、を備えていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明では、電解質・電極構造体、及び前記電解質・電極構造体に積層されたセパレータを有する単位セルが複数積層されてなる燃料電池において、前記セパレータは、積層方向から見て前記電解質・電極構造体に重なり合うセパレータプレートと、前記セパレータプレートから面方向の外側に向けて突出する第１端子部と、前記セパレータプレートの外周縁を被覆するプレート被覆部と、前記プレート被覆部に一体で形成され、前記第１端子部を被覆する端子被覆部と、を備え、積層方向で隣り合う前記第１端子部同士は、積層方向から見て互いにずれたオフセット部を備えるとともに、前記端子被覆部によってそれぞれ被覆され、一の前記単位セルの前記セパレータと、前記一の単位セルに隣り合う他の前記単位セルの前記セパレータと、の間に冷媒が流通する冷媒流路（例えば、実施形態における冷媒流路５７）が画成され、前記一の単位セルの前記セパレータと、前記他の単位セルの前記セパレータと、の前記第１端子部同士は、一部のみが積層方向から見て重なり合っていることを特徴とする。

請求項５に記載した発明では、前記中間セパレータは、前記セパレータの前記第１端子部に対して積層方向から見て重ならない位置に、外部に露出する第２端子部（例えば、実施形態における作動用端子部６３）を備えている。

請求項６に記載した発明では、積層方向で隣り合う前記第１端子部間には、積層方向で隣り合う前記第１端子部同士に接触して、積層方向で隣り合う前記第１端子部間の電圧を検出する電圧検出装置（例えば、実施形態における予備用電圧検出装置１００）が挿入されることを特徴とする。

請求項７に記載した発明では、電解質・電極構造体、及び前記電解質・電極構造体に積層されたセパレータを有する単位セルが複数積層されてなる燃料電池において、前記セパレータは、積層方向から見て前記電解質・電極構造体に重なり合うセパレータプレートと、前記セパレータプレートから面方向の外側に向けて突出する第１端子部と、前記セパレータプレートの外周縁を被覆するプレート被覆部と、前記プレート被覆部に一体で形成され、前記第１端子部を被覆する端子被覆部と、を備え、前記端子被覆部と前記プレート被覆部との間には、前記プレート被覆部に対して前記端子被覆部を破断可能とする弱化部が配設されていることを特徴とする。

請求項１に記載した構成によれば、端子被覆部がプレート被覆部に一体で形成されているため、低コスト化を図った上で、未使用時における第１端子部の絶縁性を確保できる。
特に、隣り合う第１端子部同士が、積層方向から見て互いにずれたオフセット部を備えているため、メンテナンス時等には、端子被覆部のうち、オフセット部を被覆している部分を工具等により把持できる。そのため、端子被覆部がプレート被覆部から破断し易くなり、端子被覆部を第１端子部から簡単に除去することができる。その結果、メンテナンス性を向上させることができる。

請求項２に記載した構成によれば、端子被覆部とプレート被覆部との間に、弱化部が形成されているため、プレート被覆部に対して端子被覆部のみを簡単、かつ確実に破断できる。その結果、メンテナンス性を向上させることができるとともに、第１端子部から端子被覆部を除去する際に、プレート被覆部の剥がれ等を抑制できる。

請求項３に記載した構成によれば、単位セルが、２枚の電解質・電極構造体を有する場合であっても、メンテナンス時等において電解質・電極構造体の外側に配置されたセパレータの第１端子部を介して各電解質・電極構造体毎の電圧を検出することができる。これにより、構成の簡略化を図った上で、メンテナンス性を向上させることができる。

請求項４に記載した構成によれば、一の単位セル及び他の単位セル間に、冷媒流路が画成されているため、一の単位セルにおけるセパレータ、及び他の単位セルにおけるセパレータ間の電圧は同等になる。そのため、メンテナンス時等において、一の単位セルのセパレータと、他の単位セルのセパレータと、の第１端子部同士の間に電圧検出装置を挿入することで、両第１端子部に電圧検出装置を接触させ易くなり、優れた作業性を具備させることができる。

請求項５に記載した構成によれば、中間セパレータの第２端子部を、燃料電池の作動時等における２枚の電解質・電極構造体の電圧（単位セルの電圧）を検出する端子として利用することができる。この場合、第２端子部が、セパレータの第１端子部に対して積層方向から見て重ならない位置に配置されているため、第１端子部との干渉を抑制した上で、電圧検出装置を第２端子部に接続することができる。これにより、燃料電池の発電状態を正確に管理することが可能になる。

請求項６に記載した構成によれば、メンテナンス時等において、各第１端子部間に電圧検出装置を挿入するだけで、各第１端子部間（セパレータ間）の電圧を検出できるため、メンテナンス性を向上させることができる。

請求項７に記載した構成によれば、端子被覆部がプレート被覆部に一体で形成されているため、低コスト化を図った上で、未使用時における第１端子部の絶縁性を確保できる。
特に、端子被覆部とプレート被覆部との間に、弱化部が形成されているため、プレート被覆部に対して端子被覆部のみを簡単、かつ確実に破断できる。その結果、メンテナンス性を向上させることができるとともに、第１端子部から端子被覆部を除去する際に、プレート被覆部の剥がれ等を抑制できる。

本実施形態における燃料電池の断面図である。 単位セルの分解斜視図である。 図１のＺ矢視図である。 単位セルの部分斜視図である。 端子被覆部を除去した状態を示す燃料電池の断面図である。 セパレータプレートの他の構成を示す部分斜視図である。 セパレータプレートの他の構成を示す平面図である。 端子被覆部を除去した状態を示す燃料電池の部分断面図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［燃料電池］
図１は、本実施形態の燃料電池１の断面図である。図２は、単位セル２の分解斜視図である。
図１、図２に示すように、本実施形態の燃料電池１は、図示しない車両のモータルームやフロア下に搭載され、例えば駆動用モータ等に電力を供給するのに用いられる。なお、本実施形態の燃料電池１は、例えば図中の矢印Ａ方向が車体の幅方向、矢印Ｂ方向が車体の前後方向、矢印Ｃ方向が車体上下方向となるようにして車両に搭載される。

燃料電池１は、複数の単位セル２が厚さ方向（Ａ方向）に積層された燃料電池スタック３と、燃料電池スタック３をＡ方向の両側から挟持する一対のエンドプレート（不図示）と、を主に備えている。

＜単位セル＞
単位セル２は、例えば３枚のセパレータ２１〜２３と、各セパレータ２１〜２３間に挟持された電解質・電極構造体（第１ＭＥＡ２４及び第２ＭＥＡ２５）と、を備えている。各ＭＥＡ２４，２５は、固体高分子電解質膜３１と、固体高分子電解質膜３１をＡ方向の両側から挟持するアノード電極３２及びカソード電極３３と、これら固体高分子電解質膜３１、アノード電極３２及びカソード電極３３の外周を取り囲む枠体３４と、を備えている。

図１に示すように、固体高分子電解質膜３１は、例えばペルフルオロスルホン酸ポリマーに水を含浸させた素材により形成されている。
アノード電極３２及びカソード電極３３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をガス拡散層の表面に一様に塗布して形成された電極触媒層と、を有している。

図１、図２に示すように、枠体３４は、例えば樹脂材料等の絶縁性を有する材料からなり、その内周面が固体高分子電解質膜３１、アノード電極３２及びカソード電極３３の外周面に接合されている。枠体３４の厚さは、固体高分子電解質膜３１、アノード電極３２及びカソード電極３３の合計の厚さと同等に構成されている。したがって、図示の例において、枠体３４のＡ方向における両端面のうち、一端面はアノード電極３２のＡ方向における一端面と面一とされ、他端面はカソード電極３３のＡ方向における他端面と面一とされている。

＜セパレータ＞
各セパレータ２１〜２３は、第１ＭＥＡ２４のアノード電極３２側に配置された第１セパレータ（セパレータ）２１と、各ＭＥＡ２４，２５間に配置された第２セパレータ（中間セパレータ）２２と、第２ＭＥＡ２５のカソード電極３３側に配置された第３セパレータ（セパレータ）２３と、を有している。なお、以下の説明では、各セパレータ２１〜２３において、同一の構成については同様の符号を付してまとめて説明する。

各セパレータ２１〜２３は、Ａ方向から見てＭＥＡ２４，２５に各別に重なり合うセパレータプレート４１と、各セパレータプレート４１と各ＭＥＡ２４，２５との間をシールするシール部材４２と、セパレータプレート４１の外周縁を取り囲む被覆部材４３と、を備えている。

図２に示すように、セパレータプレート４１は、例えば薄板状の金属材料により構成され、Ａ方向から見た平面視でＢ方向を長手方向とする長方形状とされている。
セパレータプレート４１のうち、Ｂ方向の一端部には、燃料ガス入口連通孔４４ｉ、冷媒入口連通孔４５ｉ及び酸化剤ガス入口連通孔４６ｉがＣ方向に並設されている。燃料ガス入口連通孔４４ｉ内には、後述する燃料ガス流路５１内に供給される水素等の燃料ガスが流通する。冷媒入口連通孔４５ｉ内には、後述する冷媒流路５７内に供給される純水やエチレングリコール等の冷媒が流通する。酸化剤ガス入口連通孔４６ｉ内には、後述する酸化剤ガス流路５４内に供給される空気等の酸化剤ガスが流通する。各連通孔４４ｉ〜４６ｉは、セパレータプレート４１をＡ方向に貫通するとともに、Ａ方向で隣り合うセパレータプレート４１の対応する連通孔４４ｉ〜４６ｉに連通している。

一方、セパレータプレート４１のうち、Ｂ方向の他端部には、燃料ガス出口連通孔４４ｏ、冷媒出口連通孔４５ｏ及び酸化剤ガス出口連通孔４６ｏがＣ方向に並設されている。燃料ガス出口連通孔内４４ｏには、燃料ガス流路５１で使用された燃料ガスが流通する。冷媒出口連通孔４５ｏ内には、冷媒流路５７内を流通した冷媒が流通する。酸化剤ガス出口連通孔４６ｏ内には、酸化剤ガス流路５４内で使用された酸化剤ガスが流通する。各連通孔４４ｏ〜４６ｏは、セパレータプレート４１をＡ方向に貫通するとともに、Ａ方向で隣り合うセパレータプレート４１の対応する連通孔４４ｏ〜４６ｏに連通している。

図示の例では、セパレータプレート４１において、燃料ガス入口連通孔４４ｉ及び燃料ガス出口連通孔４４ｏ同士、並びに酸化剤ガス入口連通孔４６ｉ及び酸化剤ガス出口連通孔４６ｏ同士は、それぞれ対角の位置に形成されている。また、セパレータプレート４１において、冷媒入口連通孔４５ｉは、燃料ガス入口連通孔４４ｉ及び酸化剤ガス入口連通孔４６ｉ間に位置する部分に形成され、冷媒出口連通孔４５ｏは、燃料ガス出口連通孔４４ｏ及び酸化剤ガス出口連通孔４６ｏ間に位置する部分に形成されている。

各セパレータプレート４１の中央部は、プレス成形等によって凹凸形状とされている。そして、セパレータプレート４１のうち、ＭＥＡ２４，２５と対向する面は、各ＭＥＡ２４，２５との間に直線状の反応ガス流路（燃料ガス流路５１及び酸化剤ガス流路５４）を画成している。

具体的に、第１セパレータ２１及び第２セパレータ２２のセパレータプレート４１のうち、それぞれアノード電極３２側に位置する面には、各ＭＥＡ２４，２５のアノード電極３２との間に燃料ガス流路５１が形成されている。燃料ガス流路５１は、入口側連結流路５２及び出口側連結流路５３を介して燃料ガス入口連通孔４４ｉ及び燃料ガス出口連通孔４４ｏにそれぞれ連通している。燃料ガス流路５１は、燃料ガス入口連通孔４４ｉを流れる燃料ガスを、各ＭＥＡ２４，２５のアノード電極３２に沿って流通させ、アノード電極３２で消費された使用済みの燃料ガスを燃料ガス出口連通孔４４ｏに排出する。

また、第２セパレータ２２及び第３セパレータ２３のセパレータプレート４１のうち、それぞれカソード電極３３側に位置する面には、各ＭＥＡ２４，２５のカソード電極３３との間に酸化剤ガス流路５４が形成されている。酸化剤ガス流路５４は、入口側連結流路５５及び出口側連結流路５６を介して酸化剤ガス入口連通孔４６ｉ及び酸化剤ガス出口連通孔４６ｏにそれぞれ連通している。酸化剤ガス流路５４は、酸化剤ガス入口連通孔４６ｉを流れる酸化剤ガスを、各ＭＥＡ２４，２５のカソード電極３３に沿って流通させ、カソード電極３３で消費された使用済みの酸化剤ガスを酸化剤ガス出口連通孔４６ｏに排出する。

そして、図１に示すように、燃料電池スタック３は、一の単位セル２の第１セパレータ２１と、一の単位セル２に隣接する他の単位セル２の第３セパレータ２３と、が重ね合わされた状態で、Ａ方向に積層されて構成される。そして、一の単位セル２の第１セパレータ２１のセパレータプレート４１と、他の単位セル２の第３セパレータ２３のセパレータプレート４１と、の間には、冷媒流路５７が画成されている。
冷媒流路５７は、冷媒入口連通孔４５ｉを流れる冷媒を、セパレータプレート４１に沿って流通させ、セパレータプレート４１と熱交換を行った後、冷媒出口連通孔４５ｏから排出する。

このように、本実施形態では、各セパレータ２１〜２３のうち、Ａ方向の両側に位置する第１セパレータ２１及び第３セパレータ２３には、ＭＥＡ２４，２５側に位置する面に反応ガスのガス流路５１，５４が形成され、ＭＥＡ２４，２５とは反対側に位置する面に冷媒流路５７が形成されている。一方、各セパレータ２１〜２３のうち、各ＭＥＡ２４，２５間に位置する第２セパレータ２２には、その両面に反応ガスのガス流路５１，５４がそれぞれ形成されている。

ここで、第１セパレータ２１及び第３セパレータ２３のセパレータプレート４１には、メンテナンス時等において、各セパレータ２１〜２３間の電圧（各ＭＥＡ２４，２５毎の電圧）を検出するための予備端子部６１がセパレータプレート４１に一体で形成されている。２つの予備端子部６１は、それぞれ同形同大に形成されるとともに、第１セパレータ２１及び第３セパレータ２３のセパレータプレート４１において、一方の長辺部分からＣ方向の外側に向けて突設されている。但し、各予備端子部６１は、同形同大に限定される訳ではなく、少なくとも後述する重合部６１ａを有していれば構わない。

図３は、図１のＺ矢視図である。図４は、単位セル２の部分斜視図である。
図２〜図４に示すように、各予備端子部６１は、セパレータプレート４１のうち、Ａ方向から見た平面視でＢ方向に互いにずれた位置に配置されている。具体的に、各予備端子部６１は、隣り合う予備端子部６１と平面視で重なり合う重合部６１ａと、重合部６１ａからＢ方向の外側に突出し、隣り合う予備端子部６１と平面視で重なり合わないオフセット部６１ｂと、を有している。なお、隣り合う予備端子部６１とは、同一の単位セル２の第１セパレータ２１と第３セパレータ２３との予備端子部６１同士、及び一の単位セル２の第１セパレータ２１と、他の単位セル２の第３セパレータ２３と、の予備端子部６１同士を含んでいる。

この場合、第１セパレータ２１側の予備端子部６１において、重合部６１ａに対してＢ方向の他端側にオフセット部６１ｂが位置している。また、第３セパレータ２３側の予備端子部６１において、重合部６１ａに対してＢ方向の一端側にオフセット部６１ｂが位置している。この場合、予備端子部６１におけるＢ方向の中心は、重合部６１ａに配置されている。また、図示の例において、重合部６１ａのＢ方向における長さは、各オフセット部６１ｂよりも長くなっている。

さらに、第２セパレータ２２のセパレータプレート４１には、燃料電池１の作動時等において、単位セル２の電圧を検出する作動用端子部６３がセパレータプレート４１に一体で形成されている。作動用端子部６３は、第２セパレータ２２のセパレータプレート４１において、他方の長辺部分からＣ方向の外側に向けて突設されている。また、隣り合う単位セル２の第２セパレータ２２間において、作動用端子部６３はＡ方向から見て互いに重なる位置に形成されている。作動用端子部６３には、図示しない作動用電圧検出装置が接続されることで、単位セル２の電圧が検出される。すなわち、本実施形態の燃料電池１では、２つのＭＥＡ２４，２５の合計、具体的には一の単位セル２のＭＥＡ２４の電圧と、一の単位セル２に隣接する他の単位セル２のＭＥＡ２５と、の合計の電圧が検出されるようになっている。

シール部材４２は、ゴム等の弾性変形可能な材料からなり、セパレータプレート４１の外周部分を被覆している。シール部材４２のうち、ＭＥＡ２４，２５の枠体３４とＡ方向で対向する部分は、枠体３４に密接しており、セパレータ２１〜２３とＭＥＡ２４，２５との間の隙間や、各連通孔４４ｉ〜４４ｏ，４４ｏ〜４６ｏ，反応ガス流路５１，５２、及び冷媒流路５７をシールしている。

被覆部材４３は、例えば電気絶縁性を備えた樹脂材料等からなる枠状とされ、セパレータプレート４１に射出成形することにより接合されるとともに、上述したシール部材４２に隙間なく密着している。具体的に、被覆部材４３は、セパレータプレート４１の外周縁を全周に亘って取り囲むプレート被覆部７１と、プレート被覆部７１に一体で形成されるとともに、予備端子部６１を被覆する端子被覆部７２と、を備えている。すなわち、本実施形態において、作動用端子部６３は、被覆部材４３よりもＣ方向の外側に向けて突出し、外部に露出している。

図４に示すように、端子被覆部７２は、上述した平面視において、予備端子部６１の外周縁を取り囲むＣ字状とされ、その両端部が破断可能な弱化部７４を介してプレート被覆部７１に連設されている。
弱化部７４は、被覆部材４３のうち、端子被覆部７２とプレート被覆部７１との境界部分に形成されるとともに、端子被覆部７２及びプレート被覆部７１よりも薄肉に形成されている。これにより、端子被覆部７２は、予備端子部６１に対して除去可能に構成されている。また、本実施形態において、弱化部７４は、端子被覆部７２及びプレート被覆部７１に対して薄肉に形成した場合について説明したが、これに限らず、ミシン目等であっても構わない。

このように構成された燃料電池１において、燃料電池スタック３内に供給される酸化剤ガスは、各単位セル２の酸化剤ガス入口連通孔４６ｉを、Ａ方向における一方側（第３セパレータ２３側）に向けて流通する。酸化剤ガス入口連通孔４６ｉを流通する酸化剤ガスは、第２セパレータ２２及び第３セパレータ２３の入口側連結流路５５を通って酸化剤ガス流路５４に導入されることで、各ＭＥＡ２４，２５のカソード電極３３に供給される。

一方、燃料電池スタック３内に供給される燃料ガスは、各単位セル２の燃料ガス入口連通孔４４ｉを、Ａ方向における一方側に向けて流通する。燃料ガス入口連通孔４４ｉを流通する燃料ガスは、第１セパレータ２１及び第２セパレータ２２の入口側連結流路５２を通って燃料ガス流路５１に導入されることで、各ＭＥＡ２４，２５のアノード電極３２に供給される。
その結果、アノード電極３２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３１を透過してカソード電極３３まで移動し、カソード電極３３で酸化剤ガスと電気化学反応を起こして発電する。

その後、カソード電極３３で発電に供された使用済みの酸化剤ガスは、出口側連結流路５６を通って酸化剤ガス出口連通孔４６ｏ内に流入し、酸化剤ガス出口連通孔４６ｏ内をＡ方向における他方側（第１セパレータ２１側）に向けて流通する。その後、使用済みの酸化剤ガスは、図示しない排出路を通って車外に排出される。
一方、アノード電極３２で発電に供された使用済みの燃料ガスは、出口側連結流路５３を通って燃料ガス出口連通孔４４ｏに流入し、燃料ガス出口連通孔４４ｏ内をＡ方向における他方側に向けて流通する。その後、使用済みの燃料ガスは、図示しない希釈器で使用済みの酸化剤ガスと混合して希釈された後、車外へ排出される。

また、燃料電池スタック３内に供給される冷媒は、冷媒入口連通孔４５ｉ内をＡ方向における一方側に向けて流通する。冷媒入口連通孔４５ｉを流通する冷媒は、各単位セル２間に位置する冷媒流路５７に供給されることで、各単位セル２との間で熱交換が行われる。その後、冷媒は冷媒出口連通孔４５ｏ内に流入し、冷媒出口連通孔４５ｏ内をＡ方向における他方側に向けて流通した後、燃料電池スタック３から排出される。燃料電池スタック３から排出された冷媒は、図示しない冷媒循環流路内を通ってラジエータや駆動用モータ等を流通した後、再び燃料電池スタック３内に供給されるようになっている。

ここで、単位セル２の作動用端子部６３には、上述したように図示しない作動用電圧検出装置が接続され、単位セル２の電圧が検出される。すなわち、本実施形態の単位セル２は、３枚のセパレータ２１〜２３間に２枚のＭＥＡ２４，２５が挟持された構成であるため、２枚のＭＥＡ２４，２５の合計の電圧が検出される。そして、作動用電圧検出装置により検出される電圧に基づいて、燃料電池１の発電状態が管理され、各種制御が行われる。

図５は、端子被覆部７２を除去した状態を示す燃料電池１の断面図である。
一方、図５に示すように、燃料電池１の故障時等において、各ＭＥＡ２４，２５毎の電圧を検出する必要が生じた場合には、予備端子部６１から端子被覆部７２を除去する。具体的には、端子被覆部７２のうち、予備端子部６１のオフセット部６１ｂを被覆している部分を工具等により把持し、端子被覆部７２をプレート被覆部７１から離間する方向に引っ張る。すると、端子被覆部７２は、弱化部７４を介してプレート被覆部７１から破断されるとともに、予備端子部６１から剥がれる。これにより、予備端子部６１が外部に露出する。

その後、予備端子部６１に予備用電圧検出装置１００を接続して各ＭＥＡ２４，２５の電圧を検出する。具体的には、一の単位セル２において第１セパレータ２１の予備端子部６１と、他の単位セル２において第３セパレータ２３の予備端子部６１と、の重合部６１ａ間に、予備用電圧検出装置１００を挿入し、両予備端子部６１に予備用電圧検出装置１００を接触させる。なお、一の単位セル２及び他の単位セル２間には、一の単位セル２における第１セパレータ２１と他の単位セル２における第３セパレータ２３とが電気的に接触して、上述したように冷媒流路５７が画成されている。そのため、一の単位セル２における第１セパレータ２１の予備端子部６１、及び他の単位セル２における第３セパレータ２３の予備端子部６１間の電圧は同等になる。これにより、予備端子部６１及び作動用端子部６３を介して各セパレータ２１〜２３間の電圧を検出することで、各ＭＥＡ２４，２５毎に電圧を検出することができ、故障しているＭＥＡ２４，２５を特定することができる。

このように、本実施形態では、予備端子部６１に対して除去可能な端子被覆部７２がプレート被覆部７１に一体で形成されているため、低コスト化を図った上で、未使用時における予備端子部６１の絶縁性を確保できる。
特に、各予備端子部６１が、Ａ方向から見た平面視で隣り合う予備端子部６１と重なり合わないオフセット部６１ｂを備えているため、このオフセット部６１ｂを介して端子被覆部７２を予備端子部６１から簡単に除去することができ、メンテナンス性を向上させることができる。

しかも、端子被覆部７２とプレート被覆部７１との間に、弱化部７４が形成されているため、プレート被覆部７１に対して端子被覆部７２のみを簡単、かつ確実に破断できる。その結果、メンテナンス性を向上させることができるとともに、予備端子部６１から端子被覆部７２を除去する際に、プレート被覆部７１の剥がれ等を抑制できる。

また、メンテナンス時等において、各予備端子部６１間に予備用電圧検出装置１００を挿入するだけで、各予備端子部６１間（セパレータ２１，２３間）の電圧を検出できるため、メンテナンス性を向上させることができる。
また、各予備端子部６１が、Ａ方向から見た平面視で隣り合う予備端子部６１間で重なり合う重合部６１ａを備えているため、これら重合部６１ａ間に予備用電圧検出装置１００を挿入することで、両予備端子部６１に予備用電圧検出装置１００を接触させ易くなり、優れた作業性を具備させることができる。

さらに、単位セル２が、２枚のＭＥＡ２４，２５を有する場合であっても、メンテナンス時等においてＭＥＡ２４，２５の外側に配置されたセパレータ２１，２３の予備端子部６１を介して各ＭＥＡ２４，２５毎の電圧を検出することができる。これにより、構成の簡略化を図った上で、メンテナンス性を向上させることができる。

また、第２セパレータ２２のセパレータプレート４１のうち、Ａ方向から見た平面視で予備端子部６１と重ならない位置に作動用端子部６３が形成されているため、駆動時において予備端子部６１との干渉を抑制した上で、作動用電圧検出装置を作動用端子部６３に接続することができる。これにより、燃料電池１の発電状態を正確に管理することが可能になる。なお、露出した予備端子部６１には、発電状態を確認した後、絶縁部材を充填するのが好ましい。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、単位セル２が３枚のセパレータ２１〜２３、及びこれらセパレータ２１〜２３間に２枚のＭＥＡ２４，２５が挟持されてなる構成としたが、これに限られない。複数のＭＥＡ２４，２５毎に電圧を検出する構成であれば、単位セル２の構成は、適宜設計変更が可能である。例えば、単位セル２が、ＭＥＡ２４，２５と、ＭＥＡ２４，２５をそれぞれ挟持する一対のセパレータと、を備える構成としても構わない。

また、上述した実施形態では、一の単位セル２において第１セパレータ２１の予備端子部６１と、他の単位セル２において第３セパレータ２３の予備端子部６１と、に予備用電圧検出装置１００を接触させる構成について説明したが、これに限られない。予備用電圧検出装置１００は、何れかの予備端子部６１に接触させれば構わない。

さらに、上述した実施形態では、隣り合う予備端子部６１同士が重合部６１ａを備える構成について説明したが、これに限られない。隣り合う予備端子部６１同士が互いに重ならないように配置しても構わない。
また、予備端子部６１に対して端子被覆部７２を着脱可能に構成しても構わない。

また、上述した実施形態では、弱化部７４が端子被覆部７２とプレート被覆部７１との境界部分において、Ｂ方向の外側端面のみに形成されている場合について説明したが、弱化部７４の形成範囲は適宜設計変更が可能である。例えば、図６に示すように、端子被覆部７２とプレート被覆部７１との境界部分において、全周に亘って弱化部７４を形成しても構わない。
また、被覆部材４３は、端子被覆部７２がプレート被覆部７１に対して破断可能に構成されていれば、必ずしも弱化部７４を設ける必要はない。例えば、図７に示すように、被覆部材４３のうち端子被覆部７２とプレート被覆部７１との境界部分８０をＢ方向の内側に向けて凸の円弧状に形成しても構わない。この場合、端子被覆部７２を引っ張ると、端子被覆部７２とプレート被覆部７１との境界部分８０の付近を起点に端子被覆部７２がプレート被覆部７１から破断される。その結果、上述した実施形態と同様の作用効果を奏する。なお、セパレータプレート４１と予備端子部６１との境界部分についても、Ｂ方向の内側に向けて凸の円弧状に形成しても構わない。

上述した実施形態では、端子被覆部７２が予備端子部６１の外周縁（Ｂ方向の両端部及びＣ方向の外側端部）のみを被覆する構成について説明したが、これに限られない。例えば、予備端子部６１の全体（外周縁に加え、Ａ方向の両面）を端子被覆部７２によって被覆しても構わない。

また、図８に示すように、予備端子部６１をＡ方向に弾性変形可能に構成しても構わない。この構成によれば、予備用電圧検出装置１００を予備端子部６１間に挿入する際、各予備端子部６１同士がＡ方向の外側に弾性変形しながら予備用電圧検出装置１００が予備端子部６１間に進入する。そのため、例えば予備用電圧検出装置１００の先端面がテーパ面に形成されている場合には、予備端子部６１がテーパ面に倣って接触することになる。その結果、予備用電圧検出装置１００と予備端子部６１との接触面積が増加して、両者の密着性が向上するので、両者間の接触抵抗を低減でき、電圧の検出精度が向上する。
なお、図８の構成において、予備端子部６１（例えば、一の単位セル２において第１セパレータ２１の予備端子部６１）は、弾性変形した際に、予備用電圧検出装置１００側とは反対側に位置する予備端子部６１（例えば、一の単位セル２において第３セパレータ２１の予備端子部６１）に接触しないように寸法が設定されている。また、予備端子部６１のうち、弾性変形の起点となる部分の形状は適宜変更可能である。さらに、予備端子部６１は、予め予備用電圧検出装置１００の形状（例えば、テーパ状）に倣って形成しても構わない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…燃料電池
２…単位セル
２１…第１セパレータ（セパレータ）
２２…第２セパレータ（中間セパレータ）
２３…第３セパレータ（セパレータ）
２４…第１ＭＥＡ（電解質・電極構造体）
２５…第２ＭＥＡ（電解質・電極構造体）
４１…セパレータプレート
４３…被覆部材
５７…冷媒流路
６１…予備端子部（第１端子部）
６１ｂ…オフセット部
６３…作動用端子部（第２端子部）
７１…プレート被覆部
７２…端子被覆部
７４…弱化部
１００…予備用電圧検出装置（電圧検出装置）

Claims (7)

1. 電解質・電極構造体、及び前記電解質・電極構造体に積層されたセパレータを有する単位セルが複数積層されてなる燃料電池において、
   前記セパレータは、
   積層方向から見て前記電解質・電極構造体に重なり合うセパレータプレートと、
   前記セパレータプレートから面方向の外側に向けて突出する第１端子部と、
   前記セパレータプレートの外周縁を被覆するプレート被覆部と、
   前記プレート被覆部に一体で形成され、前記第１端子部の先端部を被覆する端子被覆部と、を備え、
   一の前記セパレータの前記第１端子部、及び前記一のセパレータに対して積層方向で隣り合う他の前記セパレータの前記第１端子部同士は、積層方向から見て互いにずれたオフセット部を備えるとともに、前記端子被覆部によってそれぞれ被覆されていることを特徴とする燃料電池。
2. 前記端子被覆部と前記プレート被覆部との間には、前記プレート被覆部に対して前記端子被覆部を破断可能とする弱化部が配設されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
3. 前記単位セルは、
   ２枚の前記セパレータと、
   ２枚の前記セパレータ間に配置された２枚の前記電解質・電極構造体と、
   ２枚の前記電解質・電極構造体間に配置された中間セパレータと、を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
4. 電解質・電極構造体、及び前記電解質・電極構造体に積層されたセパレータを有する単位セルが複数積層されてなる燃料電池において、
   前記セパレータは、
   積層方向から見て前記電解質・電極構造体に重なり合うセパレータプレートと、
   前記セパレータプレートから面方向の外側に向けて突出する第１端子部と、
   前記セパレータプレートの外周縁を被覆するプレート被覆部と、
   前記プレート被覆部に一体で形成され、前記第１端子部を被覆する端子被覆部と、を備え、
   積層方向で隣り合う前記第１端子部同士は、積層方向から見て互いにずれたオフセット部を備えるとともに、前記端子被覆部によってそれぞれ被覆され、
   一の前記単位セルの前記セパレータと、前記一の単位セルに隣り合う他の前記単位セルの前記セパレータと、の間に冷媒が流通する冷媒流路が画成され、
   前記一の単位セルの前記セパレータと、前記他の単位セルの前記セパレータと、の前記第１端子部同士は、一部のみが積層方向から見て重なり合っていることを特徴とする燃料電池。
5. 前記中間セパレータは、前記セパレータの前記第１端子部に対して積層方向から見て重ならない位置に、外部に露出する第２端子部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
6. 積層方向で隣り合う前記第１端子部間には、積層方向で隣り合う前記第１端子部同士に接触して、積層方向で隣り合う前記第１端子部間の電圧を検出する電圧検出装置が挿入されることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の燃料電池。
7. 電解質・電極構造体、及び前記電解質・電極構造体に積層されたセパレータを有する単位セルが複数積層されてなる燃料電池において、
   前記セパレータは、
   積層方向から見て前記電解質・電極構造体に重なり合うセパレータプレートと、
   前記セパレータプレートから面方向の外側に向けて突出する第１端子部と、
   前記セパレータプレートの外周縁を被覆するプレート被覆部と、
   前記プレート被覆部に一体で形成され、前記第１端子部を被覆する端子被覆部と、を備え、
   前記端子被覆部と前記プレート被覆部との間には、前記プレート被覆部に対して前記端子被覆部を破断可能とする弱化部が配設されていることを特徴とする燃料電池。

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