JPH0973914A - 燃料電池の締付方法および装置 - Google Patents

燃料電池の締付方法および装置

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JPH0973914A
JPH0973914A JP7229168A JP22916895A JPH0973914A JP H0973914 A JPH0973914 A JP H0973914A JP 7229168 A JP7229168 A JP 7229168A JP 22916895 A JP22916895 A JP 22916895A JP H0973914 A JPH0973914 A JP H0973914A
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    • Y—GENERAL 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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】所望の起動電力を簡単かつ確実に得るととも
に、最適な締め付け力を付与することを可能にする。 【解決手段】締付装置１０は、燃料電池１２を燃料電池
セル１４の積層方向に押圧する油圧シリンダ２６と、こ
の油圧シリンダ２６による押圧力を検出する圧力検出部
２８と、前記油圧シリンダ２６により押圧力が付与され
た状態で、該燃料電池１２の運転時に発生する端子電圧
の変化を経時的に検出する端子電圧検知部３０と、前記
検出された変化に基づいて前記油圧シリンダ２６による
押圧力を調整する圧力制御部３２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質を挟んでア
ノード側電極とカソード側電極を対設した燃料電池セル
が複数積層された燃料電池の締付方法および装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば、固体高分子電解質膜を挟んでア
ノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池セ
ルをセパレータによって挟持して複数積層することによ
り構成された燃料電池が開発され、種々の用途に実用化
されつつある。
【０００３】この種の燃料電池は、例えば、メタノール
の水蒸気改質により生成された水素ガス（燃料ガス）を
アノード側電極に供給するとともに、酸化剤ガス（空
気）をカソード側電極に供給することにより、前記水素
ガスがイオン化して固体高分子電解質内を流れ、これに
より燃料電池の外部に電気エネルギが得られるように構
成されている。
【０００４】ところで、燃料電池セル内の接触抵抗が増
大すると、内部抵抗損失が増大して端子電圧が低下して
しまう。このため、接触抵抗を低減させるべく、燃料電
池セルに所望の締め付け力を付与する必要がある。
【０００５】そこで、特開平４−７３８６９号公報に開
示されているように、燃料電池を構成するスタック本体
の温度を検知し、この温度に基づいて前記スタック本体
を押圧する付勢手段の押圧力を制御する自動締付装置が
知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、スタック本体の使用温度との関連で付勢
手段の押圧力を制御するだけであり、このスタック本体
自体の性能が考慮されていない。従って、付勢手段の制
御を正確に行ったとしても、燃料電池から所望の起動電
圧（電流）を確実に得ることができないという問題が指
摘されている。
【０００７】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、所望の起動電力を簡単かつ確実に得ることができ
るとともに、最適な締め付け力を付与することが可能な
燃料電池の締付方法および装置を提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、燃料電池を付勢手段で押圧した状態
で、該燃料電池の運転時に発生する端子電圧または端子
電流の変化を検出し、この検出された変化に基づいて前
記付勢手段による押圧力が調整される。このため、燃料
電池の実際の起電力に対応した締め付け力が得られ、前
記燃料電池の性能を効率的に確保することができるとと
もに、該燃料電池に必要以上に大きな締め付け力が付与
されることがなく、燃料電池セルの耐用性が向上する。
【０００９】また、燃料電池の組み付け運転時に発生す
る端子電圧または端子電流の変化が略０になった時、付
勢手段による押圧力を保持することにより、必要最小限
の締め付け力で前記燃料電池を組み付けることが可能に
なる。
【００１０】また、燃料電池の組み付け作業が終了して
定常運転状態に入った後、付勢手段による押圧力を変動
させることにより、燃料電池セルの温度変化等、種々の
条件の変化に応じた最適な締め付け力を付与することが
できる。
【００１１】さらにまた、付勢手段による押圧力が最大
許容圧力近傍に至り、かつ端子電圧または端子電流が変
化している場合には、燃料電池に異常が発生している。
従って、異常信号が導出されることにより、該異常に迅
速に対処することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
燃料電池の締付装置１０の概略構成を示す図である。こ
の締付装置１０により締め付け力が付与される燃料電池
１２は、複数の燃料電池セル１４を積層して構成されて
おり、各燃料電池セル１４は、電極構造体１６とこの電
極構造体１６を挟持するセパレータ１８とを備える。
【００１３】電極構造体１６は、固体高分子電解質膜２
０と、この固体高分子電解質膜２０を挟んで対設される
水素極（アノード側電極）２２と、空気極（カソード側
電極）２４とを有する。
【００１４】締付装置１０は、燃料電池１２を燃料電池
セル１４の積層方向（矢印Ａ方向）に押圧する油圧シリ
ンダ（付勢手段）２６と、この油圧シリンダ２６による
押圧力を検出する圧力検出部（第１検出手段）２８と、
前記油圧シリンダ２６により押圧力が付与された状態
で、該燃料電池１２の運転時に発生する端子電圧の変化
を経時的に検出する端子電圧検知部（第２検出手段）３
０と、前記検出された変化に基づいて前記油圧シリンダ
２６による押圧力を制御する圧力制御部（制御手段）３
２とを備える。
【００１５】油圧シリンダ２６は、矢印Ａ方向に延びる
ロッド３４を有し、このロッド３４の先端が燃料電池１
２に係合する。圧力検出部２８は、油圧シリンダ２６の
押圧力（締め付け力）を検出し、その検出信号を圧力制
御部３２に送る。圧力制御部３２には、端子電圧検知部
３０から燃料電池１２の運転時に発生する端子電圧に関
する信号が送給される。
【００１６】このように構成される締付装置１０の動作
について、本実施形態に係る締付方法との関連で以下に
説明する。
【００１７】図２には、負荷一定時における燃料電池１
２の内部圧力と起動電圧との関係が示されている。な
お、図２中、Ｐmin は、燃料電池１２が各燃料電池セル
１４を保持するために必要十分な圧力であり、Ｐmax
は、それ以上の圧力が付与されると前記燃料電池セル１
４に悪影響を及ぼす可能性のある最大許容圧力である。
【００１８】そこで、燃料電池１２を組み付ける場合に
ついて、図３に示すフローチャートを参照して説明す
る。先ず、圧力制御部３２を介して油圧シリンダ２６が
駆動され、燃料電池１２が矢印Ａ方向に押圧されて燃料
電池セル１４がΔＰだけ増圧される（ステップＳ１およ
び図２参照）。次いで、圧力検出部２８により検出され
る現在の圧力Ｐが、最大許容圧力Ｐmax 以下であるか否
かが判断される（ステップＳ２）。
【００１９】現在の圧力Ｐが最大許容圧力Ｐmax 以下で
あると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、ステップＳ３に進
んで、端子電圧検知部３０により検出される燃料電池１
２の起動電圧Ｖが、最大の起動電圧Ｖｓ（一定値）に至
ったか否かが判断される。起動電圧Ｖ＝最大の起動電圧
Ｖｓであると判断されると（ステップＳ３中、ＹＥ
Ｓ）、ステップＳ４に進んでその時の圧力Ｐが設定圧力
Ｐｓとして保持される。
【００２０】これにより、燃料電池１２の組み付け時に
おける締付装置１０による締め付け力設定作業が終了す
る。なお、ステップＳ２において、現在の圧力Ｐが最大
許容圧力Ｐmax よりも大きいと判断されると、警報が発
せられ（ステップＳ５）、手動または自動で燃料電池１
２の運転が停止される。燃料電池１２の締め付け力が過
大なものとなり、燃料電池セル１４が損傷するおそれが
あるからである。
【００２１】このように、本実施形態では、燃料電池１
２の端子電圧を端子電圧検知部３０で直接検出しながら
油圧シリンダ２６の作用下に前記燃料電池１２の締め付
け力を増加させる。そして、燃料電池１２の起動電圧Ｖ
が最大の起動電圧Ｖｓに一致した時、その圧力Ｐが設定
圧力Ｐｓとして保持される。このため、燃料電池１２の
実際の起電力に対応した必要最小限の締め付け力（設定
圧力Ｐｓ）が得られ、前記燃料電池１２の性能を効率的
に確保することができるとともに、各燃料電池セル１４
の耐用性が一挙に向上するという効果が得られる。
【００２２】次に、燃料電池１２を実際に動力源として
使用する際における締付装置１０の動作を、図４および
図５に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２３】燃料電池１２が、実際に動力源として定常
運転を開始した後（ステップＳ１１）、起動電圧Ｖが変
化せず（ステップＳ１２中、ＹＥＳ）、しかもこの運転
が所定の時間だけ継続された時（ステップＳ１３中、Ｙ
ＥＳ）、または、前記起動電圧Ｖが変化した時（ステッ
プＳ１２中、ＮＯ）、ステップＳ１４に進んで圧力適正
化処理が施される。
【００２４】すなわち、燃料電池１２の組み付け作業が
常温（略２５℃）で行われる一方、この燃料電池１２の
作動温度が略５０℃〜１０００℃まで高くなるため、前
記燃料電池１２の作動中に燃料電池セル１４の温度が上
昇したり、冷却水系のトラブル等によりこの燃料電池セ
ル１４の温度が変動するおそれがある。これにより、燃
料電池セル１４の構成部材が熱膨張または熱収縮し、燃
料電池１２全体の締め付け力が変動してしまう。
【００２５】そこで、油圧シリンダ２６の押圧力をある
範囲内で上昇または下降させ、最大の起動電圧Ｖｓが得
られる最低締め付け力（設定圧力Ｐｓ）を求め、その最
低締め付け力を確保して燃料電池１２を運転させるため
に、圧力適正化処理が行われる。
【００２６】この圧力適正処理では、先ず、図５に示す
ように、現在の圧力Ｐが最大許容圧力Ｐmax よりも大き
いと判断されると（ステップＳ２１中、ＮＯ）、ステッ
プＳ２２に進んで油圧シリンダ２６の押圧力がΔＰだけ
減圧される。そして、現在の圧力Ｐ＜最大許容圧力Ｐma
x になると（ステップＳ２１中、ＹＥＳ）、この現在の
圧力Ｐが必要十分な圧力Ｐmin よりも大きいか否かが判
断される（ステップＳ２３）。現在の圧力Ｐが必要十分
な圧力Ｐmin よりも小さければ、ステップＳ２４に進ん
で油圧シリンダ２６の押圧力がΔＰだけ増圧される一
方、前記現在の圧力Ｐが必要十分な圧力Ｐmin よりも大
きければ、ステップＳ２５に進んで前記油圧シリンダ２
６の押圧力がΔＰだけ減圧される。
【００２７】次いで、起動電圧Ｖが低下しているか否か
が判断され（ステップＳ２６）、この起動電圧Ｖが低下
している際には、ステップＳ２７に進んで油圧シリンダ
２６の押圧力が２ΔＰだけ増圧される。さらに、ステッ
プＳ２８で起動電圧Ｖが上昇しているか否かが判断さ
れ、この起動電圧Ｖが上昇していなければ、ステップＳ
２９に進んで油圧シリンダ２６の押圧力がΔＰだけ減圧
されて圧力適正化処理が終了する。
【００２８】一方、ステップＳ２８で起動電圧Ｖが上昇
していれば、現在の圧力Ｐ＜最大許容圧力Ｐmax の範囲
で油圧シリンダ２６の押圧力をΔＰだけ増圧させる処理
が繰り返され（ステップＳ３０およびステップＳ３
１）、この起動電圧Ｖの上昇が終了した後（ステップＳ
２８中、ＮＯ）、または現在の圧力Ｐが最大許容圧力Ｐ
max よりも大きくなった後（ステップＳ３１中、Ｎ
Ｏ）、ステップＳ２９に進む。
【００２９】また、ステップＳ２６で起動電圧Ｖが低下
していなければ、ステップＳ３２に進んで現在の圧力Ｐ
が必要十分な圧力Ｐmin よりも大きいか否かが判断され
る。この現在の圧力Ｐが必要十分な圧力Ｐmin よりも大
きければ、起動電圧Ｖが低下するまで油圧シリンダ２６
の押圧力がΔＰずつ減圧され（ステップＳ３３およびス
テップＳ３４）、さらにステップＳ３５に進んで前記油
圧シリンダ２６の押圧力をΔＰだけ増圧させて圧力適正
化処理が終了する。なお、ステップＳ３２で現在の圧力
Ｐが必要十分な圧力Ｐmin よりも小さいと判断される
と、ステップＳ３５に進んで油圧シリンダ２６の押圧力
がΔＰだけ増圧される。
【００３０】このように、本実施形態では、燃料電池１
２の運転時に圧力適正化処理が遂行される。このため、
燃料電池セル１４の構成部材が熱膨張または熱収縮して
燃料電池１２全体の締め付け力が変動しても、最大の起
動電圧Ｖｓを容易かつ確実に得ることができる。しか
も、油圧シリンダ２６の押圧力は、最大の起動電圧Ｖｓ
が得られる最低押圧力（設定圧力Ｐｓ）に調整されるた
め、燃料電池１２に必要以上に大きな締め付け力が付与
されることがなく、燃料電池セル１４の耐用性が一挙に
向上するという効果が得られる。
【００３１】ところで、燃料電池１２の運転を停止する
際には（図４中、ステップＳ１５）、油圧シリンダ２６
による現在の圧力Ｐが必要十分な圧力Ｐmin に一致する
までこの油圧シリンダ２６が駆動される（ステップＳ１
６）。これにより、燃料電池１２は、各燃料電池セル１
４を所定の積層状態で有効に保持し、かつ所望の気密性
を確保することが可能になる。
【００３２】なお、本実施形態では、付勢手段として油
圧シリンダ２６を使用したが、圧力が制御可能でかつ現
在の圧力Ｐが検出できるものであればよく、例えば、電
動モータ、ボルト締結または圧力センサ等を用いること
ができる。また、燃料電池１２の端子電圧を検出する端
子電圧検知部３０に代替し、この燃料電池１２の端子電
流を検出する手段を採用することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る燃料電池の
締付方法および装置では、燃料電池の運転時に発生する
端子電圧または端子電流の変化を検出し、この検出結果
に基づいて付勢手段による押圧力が調整されるため、前
記燃料電池の実際の起電力に対応した締め付け力が得ら
れる。従って、燃料電池の性能を効率的に確保すること
ができるとともに、燃料電池に必要以上に大きな締め付
け力が付与されることがなく、燃料電池セルの耐用性が
向上する。
【００３４】また、燃料電池の組み付け運転時に発生す
る端子電圧または端子電流の変化が略０になった時、付
勢手段による押圧力を保持することにより、必要最小限
の締め付け力で前記燃料電池を組み付けることが可能に
なる。
【００３５】また、燃料電池の組み付け作業が終了して
定常運転状態に入った後、付勢手段による押圧力を変動
させることにより、燃料電池セルの温度変化等、種々の
条件の変化に応じた最適な締め付け力を付与することが
できる。
【００３６】さらにまた、付勢手段による押圧力が最大
許容圧力近傍に至り、かつ端子電圧または端子電流が変
化している場合には、燃料電池に異常が発生している。
従って、異常信号が導出されることにより、該異常に迅
速に対処することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の締付装置の
概略構成説明図である。
【図２】燃料電池の起動電圧と内部圧力との関係図であ
る。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池の締付方法に
おいて、燃料電池組み付け時のフローチャートである。
【図４】前記燃料電池の締付方法において、燃料電池の
運転時のフローチャートである。
【図５】図４中、圧力適正化処理のフローチャートであ
る。
【符号の説明】
１０…締付装置 １２…燃料電池 １４…燃料電池セル １６…電極構造
体 １８…セパレータ ２２…水素極 ２４…空気極 ２６…油圧シリ
ンダ ２８…圧力検出部 ３０…端子電圧
検知部 ３２…圧力制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川越 敬正 埼玉県和光市中央１−４−１ 株式会社本 田技術研究所内 (72)発明者 山本 晃生 埼玉県和光市中央１−４−１ 株式会社本 田技術研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電解質を挟んでアノード側電極とカソード
    側電極を対設した燃料電池セルが複数積層された燃料電
    池の締付方法であって、 前記燃料電池を前記燃料電池セルの積層方向に付勢手段
    で押圧した状態で、該燃料電池の組み付け運転時に発生
    する端子電圧または端子電流の変化を経時的に検出する
    工程と、 前記検出された変化に基づいて前記付勢手段による押圧
    力を調整する工程と、 を有することを特徴とする燃料電池の締付方法。
  2. 【請求項２】請求項１記載の締付方法において、前記燃
    料電池の組み付け運転時に発生する端子電圧または端子
    電流の変化が略０になった時、前記付勢手段による押圧
    力を保持する工程と、 を有することを特徴とする燃料電池の締付方法。
  3. 【請求項３】請求項２記載の締付方法において、前記付
    勢手段による押圧力を保持して前記燃料電池の組み付け
    作業が終了した後、定常運転状態に入る工程と、 前記定常運転状態で所定時間経過後、該付勢手段による
    押圧力を変動させる工程と、 前記押圧力の変動時に発生する端子電圧または端子電流
    の変化を検出し、前記検出された変化に基づいて前記付
    勢手段による押圧力を調整する工程と、 を有することを特徴とする燃料電池の締付方法。
  4. 【請求項４】請求項１記載の締付方法において、前記付
    勢手段による押圧力が最大許容圧力近傍に至り、かつ前
    記端子電圧または端子電流が変化している場合に、異常
    信号を導出する工程と、 を有することを特徴とする燃料電池の締付方法。
  5. 【請求項５】電解質を挟んでアノード側電極とカソード
    側電極を対設した燃料電池セルが複数積層された燃料電
    池の締付装置であって、 前記燃料電池を前記燃料電池セルの積層方向に押圧する
    付勢手段と、 前記付勢手段による押圧力を検出する第１検出手段と、 該付勢手段により押圧力が付与された状態で、該燃料電
    池の運転時に発生する端子電圧または端子電流の変化を
    経時的に検出する第２検出手段と、 前記第２検出手段により検出された変化に基づいて前記
    付勢手段による押圧力を調整する制御手段と、 を備えることを特徴とする燃料電池の締付装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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