(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質を燃料極と酸化剤極で挟持した電極ユニット、セパレータを積層して構成された燃料電池スタックにおいて、該セパレータの端部には該端部から突出する突起部と、該突起部に接続された電圧測定用端子が設けられ、該電圧測定用端子に差し込まれたソケット状のピンコネクタと、該ピンコネクタに接続された電圧測定用コードが設けられ、複数の前記電圧測定用コードが同じ接続手段に接続されており、前記電圧測定用端子の長手方向が前記セパレータの端部の長手方向に沿っていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記接続手段が二つ設けられており、前記燃料電池スタックのセパレータの積層方向に一つおきの前記電圧測定用端子に接続された前記電圧測定用コードが前記接続手段の一方に接続されており、それ以外の前記電圧測定用端子に接続された前記電圧測定用コードが前記接続手段の他方に接続されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記接続手段が、前記電圧測定用端子が接続された雄部と、該雄部にワンタッチで装脱着できる雌部を有するワンタッチコネクタであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記接続手段が前記燃料電池スタックの両端部に設けられたプレッシャプレートの一方に固定されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記電圧測定用端子が交互に異なる端面側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記電圧測定用端子が同じ端面側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
燃料電池スタックが設けられた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックは請求項１から５記載の燃料電池スタックであり、前記燃料電池スタックに設けられた電圧測定用端子が電圧測定用コードを介して前記燃料電池システムの制御装置のセル電圧測定部に接続されていることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池スタックおよび燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素を主成分とする燃料ガスと酸化剤ガスを電気化学的に反応させて起電力を得る装置であり、各個別セルの起電力はせいぜい０．７Ｖ程度に過ぎない。このため一般的に数十から数百セルを積層して一つの燃料電池スタックが構成され使用される。
【０００３】
燃料電池スタックを構成する各セルが正常な状態にあるかどうか知る手段として各セル電圧の測定が行われる。燃料電池スタックの運転中に、一つのセルが破損した場合、そのセルの電圧が顕著に低下するため、個別セルの電圧を測定していれば異常が発生したことがわかり、直ちに電池の運転を停止することができる。異常の発生の検知が遅れると破損が広がる虞がある。
【０００４】
従来技術として、特開平９−５５２２１号公報には、燃料電池スタックの各セルの電圧測定をするためにセパレータに端子取付孔を設け、そこに測定端子を一本ずつ取り付けた構造が開示されている
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池スタックは数十から数百セルで構成されているので、従来技術の構造では、電圧測定用端子と電圧測定装置を接続する電圧測定用コードが振動したり絡み合ったりして断線する恐れがある。また、前記電圧測定用コードを一本ずつ制御装置に接続しなければならず、その接続が複雑で取り扱い性に問題があり、信頼性に不安があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決したもので、電圧測定用コードが絡み合うことがなく、装脱着が容易であり、信頼性が高く取り扱い性に優れた燃料電池スタックおよび燃料電池システムを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項１において講じた技術的手段（以下、第１の技術的手段と称する。）は、電解質を燃料極と酸化剤極で挟持した電極ユニット、セパレータを積層して構成された燃料電池スタックにおいて、該セパレータの端部には該端部から突出する突起部と、該突起部に接続された電圧測定用端子が設けられ、該電圧測定用端子に差し込まれたソケット状のピンコネクタと、該ピンコネクタに接続された電圧測定用コードが設けられ、複数の前記電圧測定用コードが同じ接続手段に接続されており、前記電圧測定用端子の長手方向が前記セパレータの端部の長手方向に沿っていることを特徴とする燃料電池スタックである。
【０００８】
上記第１の技術的手段による効果は、以下のようである。
【０００９】
すなわち、複数の測定用コードを一つのコネクタにまとめることができるので、電圧測定用コードが絡み合うことがなく、装脱着を容易にすることができる。これにより、信頼性が高く、取り扱い性に優れた燃料電池スタックができる。
【００１０】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技術的手段と称する。）は、前記接続手段が二つ設けられており、前記燃料電池スタックのセパレータの積層方向に一つおきの前記電圧測定用端子に接続された前記電圧測定用コードが前記接続手段の一方に接続されており、それ以外の前記電圧測定用端子に接続された前記電圧測定用コードが前記接続手段の他方に接続されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタックである。
【００１１】
上記第２の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１２】
すなわち、一つの燃料電池スタックの測定用コードをたった二つのコネクタに接続することができるので、さらに電圧測定用コードの取り扱い性を容易にすることができる。
【００１３】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技術的手段と称する。）は、前記接続手段が、前記電圧測定用端子が接続された雄部と、該雄部にワンタッチで装脱着できる雌部を有するワンタッチコネクタであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタックである。
【００１４】
上記第３の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１５】
すなわち、コネクタを簡単に装脱着できるので、前記電圧測定用端子の信号を受ける電圧測定装置との接続および切断を容易に行うことができ、システムの取り扱い性を容易にすることができる。
【００１６】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技術的手段と称する。）は、前記接続手段が前記燃料電池スタックの両端部に設けられたプレッシャプレートの一方に固定されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタックである。
【００１７】
上記第４の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１８】
すなわち、前記接続手段をしっかりと燃料電池スタックに固定することができるので、前記電圧測定用コードを固定することができ信頼性の高い燃料電池スタックにすることができる。
【００１９】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技術的手段と称する。）は、前記電圧測定用端子が交互に異なる端面側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタックである。
【００２０】
上記第５の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２１】
すなわち、隣接する前記電圧測定用端子が接触してショートするおそれをなくすことができる。
【００２２】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技術的手段と称する。）は、前記電圧測定用端子が同じ端面側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタックである。
【００２３】
上記第６の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２４】
すなわち、燃料電池スタックの一方の面に前記電圧測定用コード、コネクタをまとめることができるので、電圧測定装置との接続などの取り扱い性が容易になる。
【００２５】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項７において講じた技術的手段（以下、第７の技術的手段と称する。）は、燃料電池スタックが設けられた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックは請求項１から５記載の燃料電池スタックであり、前記燃料電池スタックに設けられた電圧測定用端子が電圧測定用コードを介して前記燃料電池システムの制御装置のセル電圧測定部に接続されていることを特徴とする燃料電池システムである。
【００２６】
上記第７の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２７】
すなわち、電圧測定用コードの取り扱い性を容易にし、信頼性の高い燃料電池スタックを使用しているので、信頼性が高く取り扱い性に優れた燃料電池システムができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの冷却水流路、酸化剤ガス流路を有するセパレータ１００の正面図である。該セパレータ１００の上部には燃料ガス導入マニホールド１、冷却水導入マニホールド２、酸化剤ガス導入マニホールド３、４が設けられている。前記セパレータ１００の下部には酸化剤ガス排出マニホールド５、６、冷却水排出マニホールド７、燃料ガス排出マニホールド８が設けられている。前記セパレータ１００の表面の中央部には冷却水流路９が設けられている。また前記セパレータ１００の裏面の中央部には酸化剤ガス流路１５が設けられている。
【００３０】
前記セパレータが燃料電池スタックに組み立てられたときに、前記燃料ガス導入マニホールド１、冷却水導入マニホールド２、酸化剤ガス導入マニホールド３、４、酸化剤ガス排出マニホールド５、６、冷却水排出マニホールド７、燃料ガス排出マニホールド８はそれぞれの流体をセパレータに導入、排出するマニホールドを形成する。
【００３１】
前記冷却水導入マニホールド２から導入された冷却水は、前記冷却水流路９を通流し前記冷却水排出マニホールド７から排出される。前記酸化剤ガス導入マニホールド３、４から導入された酸化剤ガスは、前記酸化剤ガス流路１５を通流し前記酸化剤ガス排出マニホールド５、６から排出される。前記セパレータ１００の一方の端部には突起部１４が設けられ、該突起部１４に電圧測定用ピン１２が溶接されている。前記突起部１４と前記電圧測定用ピン１２で、突起状の電圧測定用端子４０を構成している。
【００３２】
図２は、本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの燃料ガス流路、酸化剤ガス流路を有するセパレータ２００の正面図である。該セパレータ２００にも前記セパレータ１００と同様のマニホールドが設けられており、同じ部分には同じ記号を用い説明は省略する。前記セパレータ２００の表面の中央部には燃料ガス流路１０が設けられている。また前記セパレータ２００の裏面の中央部には酸化剤ガス流路１６が設けられている。
【００３３】
前記燃料ガス導入マニホールド１から導入された燃料ガスは、前記燃料ガス流路１０を通流し前記燃料ガス排出マニホールド８から排出される。前記酸化剤ガス導入マニホールド３、４から導入された酸化剤ガスは、前記酸化剤ガス流路１６を通流し前記酸化剤ガス排出マニホールド５、６から排出される。前記セパレータ２００の一方の端部には突起部１９が設けられ、該突起部１９に電圧測定用ピン１８が溶接されている。前記突起部１９と前記電圧測定用ピン１８で、突起状の電圧測定用端子５０を構成している。
【００３４】
前記セパレータ１００に設けられた電圧測定用端子４０、前記セパレータ２００に設けられた電圧測定用端子５０は互いに相対する端部に設けられ、燃料電池スタックに組み立てられたとき相対する面に位置する。
【００３５】
図３は、本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの燃料ガス流路を有するセパレータ３００の正面図である。該セパレータ３００にも前記セパレータ１００と同様のマニホールドが設けられており、同じ部分には同じ記号を用い説明は省略する。
【００３６】
前記セパレータ３００の表面の中央部には燃料ガス流路１１が設けられている。前記セパレータ３００の裏面には流路はなくフラットな平面である。前記燃料ガス導入マニホールド１から導入された燃料ガスは、前記燃料ガス流路１１を通流し前記燃料ガス排出マニホールド８から排出される。前記セパレータ３００には電圧測定用端子は設けられていない。
【００３７】
図４は前記セパレータ１００の電圧測定用端子４０の部分の説明図である。突起部１４の上部の凹部１４Ａに電圧測定用ピン１２が溶接されている。該電圧測定用ピン１２に、電圧測定用コード１３の端部に接続されたソケット状のピンコネクタ１３ａを差し込んで接続する。なお、前記突起部１４の下部の凹部は、電圧測定用ピンを下方向に接続する場合に使用し、本第１実施例では使用していない。
【００３８】
図５は、本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの正面図である。図６は、本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの側面図である。本燃料電池スタックは多数のセパレータと電極ユニットを積層している。実際には約１００個のセパレータが積層されているが、図を見やすくするために１２個のセパレータを積層したものとして図示した。
【００３９】
前記燃料電池スタックのセパレータ積層方向の両端部には、プレッシャプレート２０、２１が設けられている。セパレータは、前記プレッシャプレート２０の方向から前記セパレータ１００、２００、３００の順に繰り返し積層されている。前記セパレータ１００と２００および前記セパレータ２００と３００の間には、固体高分子電解質膜を二つの電極（酸化剤極と燃料極）で挟持して接合した電極ユニットが挟持されている。
【００４０】
前記セパレータ、電極ユニットの積層体は、この燃料電池スタックで発電した電気を外部に取り出す端子２４ａを有する端子板２４で挟持され、さらに前記端子板２４と前記プレッシャプレート２０、２１の間を絶縁する絶縁板２３で挟持されている。
【００４１】
前記プレッシャプレート２０には、接続手段であるワンタッチコネクタ２７、２８の雌部２６ａ、２６ｂが固定されている。前記雌部２６ａにワンタッチコネクタ２７の雄部２５ａが接続されている。該雄部２５ａは前記雌部２６ａにワンタッチで装脱着することができる。該雄部２６ａには電圧測定用コード１３が接続され、該電圧測定用コード１３のピンコネクタ１３ａによりセパレータ２００の電圧測定用端子５０の電圧測定用ピン１８に接続されている。前記ワンタッチコネクタ２７も前記ワンタッチコネクタ２８と同様の構造である。
【００４２】
前記雌部２６ａ、２６ｂの雄部を接続する反対側にコネクタを接続し、該コネクタに接続された電圧測定用コードを介して燃料電池システムの制御装置のセル電圧測定部に接続されている。
【００４３】
本第１実施例では、各セルの電圧を測定する多数の電圧測定用コードが二つのワンタッチコネクタに接続されているので、前記電圧測定用コードが絡むなどの問題が生じなく、該電圧測定用コードが断線するなどの問題も生じない。
【００４４】
本燃料電池スタックを燃料電池システムに組み込み接続する場合には、ワンタッチコネクタを接続するだけですみ、取り扱い性がよい。また、万一どれかのセル電圧が低くなった場合にも、ワンタッチコネクタをはずし、該当するセルのピンコネクタをはずせば単セルで試験し問題を発見することができる。
【００４５】
図７は、本発明の第２実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの正面図である。図８は、本発明の第２実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの側面図である。本第２実施例は、ワンタッチコネクタが一つであることとセパレータの電圧測定用端子の場所が異なる以外は、第１実施例と同じ構成である。同じ部分には同じ記号を用い、説明は省略する。
【００４６】
セパレータ１０１は、電圧測定用端子の場所以外は第１実施例のセパレータ１００と同じである。前記セパレータ１０１の電圧測定用端子６０は、前記セパレータ１００の電圧測定用端子４０と反対の端部に設けられている。
【００４７】
セパレータ２０１は、電圧測定用端子の場所以外は第１実施例のセパレータ２００と同じである。前記セパレータ２０１の電圧測定用端子７０は、前記セパレータ２００の電圧測定用端子５０と同じの端部に設けられているが、下にずれて設けられている。すなわち、隣接している電圧測定用端子６０と７０が接触してショートしないように、燃料電池スタックに組み立てられたときに互いに上下に離れるようになっている。
【００４８】
プレッシャプレート２０には、接続手段であるワンタッチコネクタ３１の雌部２９が固定されている。前記雌部２９にワンタッチコネクタ３１の雄部３０が接続されている。該雄部３０は前記雌部２９にワンタッチで装脱着することができる。該雄部３０には電圧測定用コード１３が接続され、該電圧測定用コード１３のピンコネクタ１３ａによりセパレータ１０１の電圧測定用端子６０の電圧測定用ピンに接続され、かつセパレータ２０１の電圧測定用端子７０の電圧測定用ピンに接続されている。
【００４９】
前記雌部２９の雄部を接続する反対側にコネクタを接続し、該コネクタに接続された電圧測定用コードを介して燃料電池システムの制御装置のセル電圧測定部に接続されている。
【００５０】
本第２実施例では、各セルの電圧を測定する多数の電圧測定用コードが一つのワンタッチコネクタに接続されているので、前記電圧測定用コードが絡むなどの問題が生じなく、該電圧測定用コードが断線するなどの問題も生じない。
【００５１】
本燃料電池スタックを燃料電池システムに組み込み接続する場合には、一つのワンタッチコネクタを接続するだけですみ、第１実施例よりさらに取り扱い性がよい。また、万一どれかのセル電圧が低くなった場合にも、ワンタッチコネクタをはずし、該当するセルのピンコネクタをはずせば単セルで試験し問題を発見することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、電解質を燃料極と酸化剤極で挟持した電極ユニット、セパレータを積層して構成された燃料電池スタックにおいて、該セパレータの端部には該端部から突出する突起部と、該突起部に接続された電圧測定用端子が設けられ、該電圧測定用端子に差し込まれたソケット状のピンコネクタと、該ピンコネクタに接続された電圧測定用コードが設けられ、複数の前記電圧測定用コードが同じ接続手段に接続されており、前記電圧測定用端子の長手方向が前記セパレータの端部の長手方向に沿っていることを特徴とする燃料電池スタックおよび該燃料電池スタックが設けられた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックに設けられた電圧測定用端子が電圧測定用コードを介して前記燃料電池システムの制御装置のセル電圧測定部に接続されていることを特徴とする燃料電池システムであるので、電圧測定用コードが絡み合うことがなく、装脱着が容易であり、信頼性が高く取り扱い性に優れた燃料電池スタックおよび燃料電池システムができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの冷却水流路、酸化剤ガス流路を有するセパレータの正面図
【図２】本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの燃料ガス流路、酸化剤ガス流路を有するセパレータの正面図
【図３】本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの燃料ガス流路を有するセパレータの正面図
【図４】セパレータの電圧測定用端子の部分の説明図
【図５】本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの正面図
【図６】本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの側面図
【図７】本発明の第２実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの正面図
【図８】本発明の第２実施例の自動車用固体高分子電解質型燃料電池スタックの側面図
【符号の説明】
１２…電圧測定用ピン
１３…電圧測定用コード
１４、１９…突起部
２０、２１…プレッシャプレート
２３…絶縁板
２４…端子板
２５ａ、３０…雄部
２６ａ、２６ｂ、２９…雌部
２７、２８、３１…ワンタッチコネクタ（接続手段）
４０、５０、６０、７０…電圧測定用端子
１００、１０１、２００、２０１、３００…セパレータ
【図１】
0004366744.tif 000002
【図２】
0004366744.tif 000003
【図３】
0004366744.tif 000004
【図４】
0004366744.tif 000005
【図５】
0004366744.tif 000006
【図６】
0004366744.tif 000007
【図７】
0004366744.tif 000008
【図８】
0004366744.tif 000009