JP2006054112A - Connection structure of voltage detection connector to cell, and fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、陽極と陰極とを有するセルを複数積層した燃料電池に接続されて、前記セルの電圧を検出する電圧検出コネクタのセルへの接続構造および燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a connection structure to a cell of a voltage detection connector connected to a fuel cell in which a plurality of cells each having an anode and a cathode are stacked, and detects the voltage of the cell, and a fuel cell.
近年、自動車等の新たな動力源として燃料電池が注目されている。燃料電池としては、固体高分子電解質膜の両側にアノード電極(陽極)およびカソード電極(陰極)をそれぞれ配設した膜電極構造体(MEA)を備えており、該膜電極構造体を一対のセパレータで挟持したものが一般的である。この燃料電池を用いて発電する場合には、燃料電池のアノード電極にガス燃料(例えば、水素ガス)を、カソード電極に酸化剤ガス(例えば、酸素を含む空気)を供給することで、電気化学反応を発生させる。この発電時に生成されるのは基本的には無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、前記燃料電池が注目されている。 In recent years, fuel cells have attracted attention as a new power source for automobiles and the like. The fuel cell includes a membrane electrode structure (MEA) in which an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode) are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and the membrane electrode structure is a pair of separators. What is sandwiched between is common. In the case of generating power using this fuel cell, electrochemical fuel is supplied by supplying gaseous fuel (for example, hydrogen gas) to the anode electrode of the fuel cell and supplying oxidant gas (for example, air containing oxygen) to the cathode electrode. Generate a reaction. Since only harmless water is basically generated at the time of power generation, the fuel cell is attracting attention from the viewpoint of environmental impact and utilization efficiency.
ところで、一つの燃料電池では、自動車を駆動するのに十分な電力を得ることは困難である。そこで、前記駆動に十分な電力が供給できるように、膜電極構造体を一対のセパレータで挟持したセルを複数積層したスタック構造の燃料電池を形成し、この燃料電池を自動車に車載することが検討されている。 By the way, with one fuel cell, it is difficult to obtain sufficient electric power to drive an automobile. Therefore, it is considered to form a fuel cell having a stack structure in which a plurality of cells each having a membrane electrode structure sandwiched between a pair of separators are stacked so that sufficient electric power can be supplied for driving, and mounting the fuel cell in an automobile. Has been.
この場合において、燃料電池を構成するセルが正常に発電するかを監視するために、セルの電圧を検出することは非常に重要である。このような観点から、セルに電圧測定用の端子を備える構成の燃料電池が提案されている。
例えば特許文献1には、各セルのカーボンプレートに丸穴を開け、丸穴にバナナクリップにて出力端子の一端を接続し、出力端子束の他端をコネクターを介して電圧測定装置と接続する技術が提案されている。
また、特許文献2には、燃料電池の各セルのセパレータに設けられた端子を保持する端子ホルダを燃料電池カバーと端子カバーで挟持し移動不能とすることができる技術が提案されている。
In this case, it is very important to detect the voltage of the cell in order to monitor whether the cells constituting the fuel cell normally generate power. From such a viewpoint, a fuel cell having a configuration in which a cell is provided with a voltage measurement terminal has been proposed.
For example, in
また、従来における燃料電池や該燃料電池に接続される電圧検出コネクタの要部断面を図5に示す。同図に示すように、燃料電池30はセル31を所定数(この場合はn個)積層して構成されている。各セル31は、膜電極構造体32をセパレータ33、34で挟持されている。そして、各セル31には、アノード電極側のセパレータ33とカソード電極側のセパレータ34のそれぞれに電圧測定用の端子35、36が設けられている。このように構成された燃料電池30にセル接続装置39が接続される。セル接続装置39は、コネクタ37、38を所定数備えており、これらのコネクタ37、38を端子35、36にそれぞれ接触させることで、端子35、36の設けられたセパレータ33、34の電圧を測定し、これにより各セルの電圧を検出する。
しかしながら、従来においては以下のような問題があった。すなわち、従来においては、上述の図5を用いて説明したように、燃料電池30の各端子35、36は一般に、積層方向から見て同じ位置に直列に配置されている。しかし、燃料電池30を車両等に搭載するために、各セル31の厚さを可能な限り薄くすることが望まれており、これに伴い端子35、36同士の間隔は必然的に狭くなる傾向にある。
However, there have been the following problems in the prior art. That is, conventionally, as described with reference to FIG. 5, the
その結果、端子35、36が直列に配置されている場合、端子35、36同士の間隔が狭くなり、コネクタ37、38を備えるセル接続装置39同士の間隔を十分に確保できずに、セル接続装置39同士がぶつかり合うなど、その連結に支障をきたすおそれがある。また、燃料電池30を車両に搭載する場合には、必要な出力を確保するために多数のセル31を積層する必要があるため、各セル31のセパレータ33、34の全てに端子35、36を設けると、端子35、36による重量の増大も無視できないものとなり、また、コストが嵩むという問題もある。
As a result, when the
従って、本発明は、全てのセル電圧を検出しつつ、端子間の間隔を確保して、端子による重量増大を抑制するとともにコストを抑えることができる電圧検出コネクタのセルへの接続構造および燃料電池を提供することを目的とする。 Therefore, according to the present invention, a connection structure to a cell of a voltage detection connector and a fuel cell that can detect all cell voltages and secure an interval between terminals to suppress an increase in weight due to the terminals and to reduce costs. The purpose is to provide.
請求項1に係る発明は、陽極(例えば、実施の形態におけるアノード電極11)と陰極(例えば、実施の形態におけるカソード電極12)のそれぞれに端子(例えば、実施の形態における端子6、7)を有する第1のセル(例えば、実施の形態における第1のセル2a)と、陽極と陰極のいずれにも端子を有さない第2のセル(例えば、実施の形態における第2のセル2b)と、を交互に積層してなる構成を備える燃料電池(例えば、実施の形態における燃料電池1)に、前記端子と接触するコネクタ(例えば、実施の形態におけるコネクタ8、9)が接続されていることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, terminals (for example,
この発明によれば、積層方向に隣合うセル同士の互いに対向する電極同士は同電位となっているため、前記燃料電池における前記第2のセルの陽極または陰極は、この第2のセルと積層方向に隣合う第1のセルの陰極または陽極と同電位となっている。従って、前記端子を有さない第2のセルの電圧を、この第2のセルに積層方向に隣合う第1のセルの陽極または陰極の電位から求めることができるため、ほぼ全てのセル電圧を検出することができ、全てのセルの陽極と陰極に端子を設けた場合と同等の高い検出精度を維持することができる。さらに、全てのセルの陽極または陰極に端子を設けた場合に比べて、端子の総数を略半分に抑えることができるため、端子間の間隔を十分に確保することができ、コネクタと端子との連結を滑らかに行うことが可能となる。さらに、端子による重量増大を抑制するとともにコストを抑えることができる。 According to the present invention, since the electrodes facing each other in adjacent cells in the stacking direction have the same potential, the anode or cathode of the second cell in the fuel cell is stacked with the second cell. It has the same potential as the cathode or anode of the first cell adjacent in the direction. Therefore, since the voltage of the second cell not having the terminal can be obtained from the potential of the anode or cathode of the first cell adjacent to the second cell in the stacking direction, almost all cell voltages can be obtained. Detection can be performed, and high detection accuracy equivalent to the case where terminals are provided on the anode and cathode of all cells can be maintained. Furthermore, since the total number of terminals can be suppressed to approximately half compared to the case where terminals are provided on the anodes or cathodes of all cells, a sufficient interval between the terminals can be secured, and the connectors and terminals can be secured. Connection can be performed smoothly. Further, it is possible to suppress an increase in weight due to the terminal and to reduce the cost.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のものであって、前記第1のセルは少なくとも前記燃料電池の両端部に配置され、該両端部から前記第1のセルと前記第2のセルとを交互に積層してなる構成を備える燃料電池に、前記コネクタが接続されていることを特徴とする。
The invention according to
この発明によれば、前記第1のセルが前記燃料電池の両端部に配置され、両端部から前記第1のセルと前記第2のセルとを交互に積層してなる構成を備えているので、前記両端部に配置した第1のセルとこれに積層方向に隣合う第2のセルの電圧を確実に把握することができるため、端子による重量増大やコストを抑えつつ、略全セルに亘って電圧を検出することが可能となり、セル電圧の検出精度を全てのセルの陽極と陰極に端子をつけた場合と同等に維持することができる。また、両端部に端子のあるセルが配置されることで、特別なダミーセルのようなものが必要なくなる。 According to this invention, the first cell is disposed at both ends of the fuel cell, and the first cell and the second cell are alternately stacked from both ends. The voltage of the first cell arranged at both end portions and the voltage of the second cell adjacent to the first cell in the stacking direction can be grasped with certainty, so that the increase in weight and cost due to the terminals are suppressed, and almost all the cells are covered. Thus, the voltage can be detected, and the detection accuracy of the cell voltage can be maintained equivalent to the case where terminals are attached to the anode and the cathode of all cells. Further, since cells having terminals at both ends are arranged, a special dummy cell is not necessary.
請求項3に係る発明は、陽極と陰極を有するセルを複数積層した燃料電池であって、前記陽極と前記陰極のそれぞれに端子を有する第1のセルと、前記陽極と前記陰極のいずれにも端子を有さない第2のセルとを有し、前記第1のセルと前記第2のセルとを交互に積層してなる構成を備えることを特徴とする。
The invention according to
この発明によれば、前記端子を有さない第2のセルの電圧を、この第2のセルに積層方向に隣合う第1のセルの陽極または陰極の電位から求めることができるため、ほぼ全てのセル電圧を検出することができ、全てのセルの陽極と陰極に端子を設けた場合と同等の高い検出精度を維持することができる。さらに、全てのセルの陽極または陰極に端子を設けた場合に比べて、端子の総数を略半分に抑えることができるため、端子間の間隔を十分に確保することができ、コネクタと端子との連結を滑らかに行うことが可能となる。さらに、端子による重量増大を抑制するとともにコストを抑えることができる。 According to the present invention, the voltage of the second cell not having the terminal can be obtained from the potential of the anode or cathode of the first cell adjacent to the second cell in the stacking direction. Cell voltage can be detected, and high detection accuracy equivalent to the case where terminals are provided on the anode and cathode of all cells can be maintained. Furthermore, since the total number of terminals can be suppressed to approximately half compared to the case where terminals are provided on the anodes or cathodes of all cells, a sufficient interval between the terminals can be secured, and the connectors and terminals can be secured. Connection can be performed smoothly. Further, it is possible to suppress an increase in weight due to the terminal and to reduce the cost.
請求項4に係る発明は、請求項3に記載のものであって、前記第1のセルは少なくとも積層方向の両端部に配置され、該両端部から前記第1のセルと前記第2のセルとを交互に積層してなる構成を備えることを特徴とする。
The invention according to
この発明によれば、前記両端部に配置した第1のセルとこれに積層方向に隣合う第2のセルの電圧を確実に把握することができるため、端子による重量増大やコストを抑えつつ、全セルに亘って電圧を検出することが可能となり、セル電圧の検出精度を全てのセルの陽極と陰極に端子をつけた場合と同等に維持することができる。また、両端部に端子のあるセルが配置されることで、特別なダミーセルのようなものが必要なくなる。 According to this invention, since it is possible to reliably grasp the voltage of the first cell arranged at both ends and the second cell adjacent to the first cell in the stacking direction, while suppressing the weight increase and cost by the terminal, The voltage can be detected over all the cells, and the detection accuracy of the cell voltage can be maintained equivalent to the case where terminals are attached to the anode and the cathode of all the cells. Further, since cells having terminals at both ends are arranged, a special dummy cell is not necessary.
請求項1、請求項3に係る発明によれば、ほぼ全てのセル電圧を検出しつつ、端子間の間隔を確保して、端子による重量増大を抑制するとともにコストを抑えることができる。
請求項2、請求項4に係る発明によれば、セル電圧の検出精度を全てのセルの陽極と陰極に端子をつけた場合と同等に維持することができる。また、両端部に端子のあるセルが配置されることで、特別なダミーセルのようなものが必要なくなる。
According to the first and third aspects of the invention, it is possible to secure an interval between the terminals while detecting almost all the cell voltages, thereby suppressing an increase in weight due to the terminals and reducing the cost.
According to the
以下、この発明の実施の形態における電圧検出コネクタのセルへの接続構造および燃料電池を図面と共に説明する。
図1は本発明の実施の形態における燃料電池や該燃料電池に接続される電圧検出コネクタを備えるセル接続装置の要部断面図である。同図に示すように、燃料電池1はセル2を所定数(この場合はn個)積層して構成されている。各セル2は、膜電極構造体3をセパレータ4、5で挟持されている。
Hereinafter, a connection structure of a voltage detection connector to a cell and a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a principal part of a cell connection device including a fuel cell and a voltage detection connector connected to the fuel cell in an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
本実施の形態における燃料電池1は、アノード電極11(図2参照)側のセパレータ4とカソード電極12(図2参照)側のセパレータ5のそれぞれに電圧測定用の端子6、7が設けられた第1のセル2a(2)と、セパレータ4、5のいずれにも端子6、7を有さない第2のセル2b(2)とを備えている。そして、前記第1のセル2aは+極側および−極側の両端部に配置され、該両端部から前記第1のセル2aと前記第2のセル2bとを交互に積層してなる。
In the
このように構成された燃料電池1にセル接続装置10が接続される。セル接続装置10は、コネクタ8、9を所定数備えており、第1のセル2aが有する端子6、7にコネクタ8、9をそれぞれ接触させることで、端子6、7の設けられた第1のセル2aの電圧を検出することができる。第2のセル2bの電圧の検出については、詳細を後述する。
The
図2は図1に示す燃料電池を構成するセルの概略断面図である。この図に示すように、膜電極構造体3は、固体高分子電解質膜13と、その両側に配設されるアノード電極11およびカソード電極12を備えて構成されている。
この膜電極構造体3の両面に配設される一対のセパレータ4、5同士の対向面周縁側にリング状のシール部材14をセットして、このシール部材14により固体高分子電解質膜13を挟持する。両セパレータ4、5には燃料ガスや酸化ガス、冷却媒体を供給するための燃料ガス通路15、酸化剤ガス通路16、冷却媒体通路17が形成してある。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a cell constituting the fuel cell shown in FIG. As shown in this figure, the
A ring-shaped
図3は本実施の形態における第1のセルの平面図である。同図に示すように、セパレータ4、5には、燃料ガス連通孔18a,18b、酸化剤ガス連通孔19a,19b、冷却媒体連通孔20a,20bが両側に形成され、これらの連通孔において一方(図示左側)が供給口18a、19a、20aとされ、他方(図示右側)が排出口18b、19b、20bとされている。なお、セパレータはカーボン等を切削加工して形成したものであってもよく、また金属等をプレス成形して形成したものであってもよい。
また、前記第1のセル2aのセパレータ4,5に設けられた端子6、7は、図4に示すように、積層方向から見て略同一の位置にそれぞれ形成されている。
FIG. 3 is a plan view of the first cell in the present embodiment. As shown in the figure, the
Further, as shown in FIG. 4, the
上記のように構成した燃料電池1においては、燃料ガス通路15を通してアノード電極11に燃料ガス(例えば、水素ガス)を供給し、酸化剤ガス通路16を通してカソード電極12に酸化剤ガス(例えば、酸素を含む空気)を供給する。すると、アノード電極11の触媒層(図示せず)で水素がイオン化され、固体高分子電解質膜13を介してカソード電極12側に移動する。この間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。この際に、水素イオン、電子、及び酸素が反応して水が生成される。
In the
このとき、積層方向に隣合うセル2a、2b同士の互いに対向する電極同士は同電位となっている。例えば、図1に示すように、+極側端部の第1列に位置する第1のセル2aのカソード電極12の電位Vk(1)は、これに隣合う第2列の第2のセル2bのアノード電極11の電位Va(2)と同電位になっている。このように、前記燃料電池1における前記第2のセル2bのアノード電極11またはカソード電極12は、この第2のセル2bと積層方向に隣合う第1のセル2aのカソード電極12またはアノード電極11と同電位となっている。
At this time, the electrodes facing each other in the
例えば、−極側の第n−1列に位置する第2のセル2bの電圧V(n−1)は、この第2のセル2bのアノード電極11の電位Va(n−1)およびカソード電極12の電位Vk(n−1)の差により求められる。そして、この第2のセル2bのアノード電極11は、第n−2列に位置する第1のセル2aのカソード電極12と同電位であり、この第2のセル2bのカソード電極12は、第n列に位置する第1のセル2aのアノード電極11と同電位である。換言すれば、電位Va(n−1)は電位Vk(n−2)と等しく、電位Vk(n−1)は電位Va(n)と等しい。従って、第2のセル2bの電圧V(n−1)は、電位Vk(n−2)とVa(n)との差により求めることができる。
For example, the voltage V (n−1) of the
従って、前記端子6、7を有さない第2のセル2bの電圧を、この第2のセル2bに積層方向に隣合う第1のセル2aのアノード電極11またはカソード電極12の電位から求めることができる。
また、本実施の形態の燃料電池1は、前記第1のセル2aは+極側および−極側の両端部に配置され、該両端部から前記第1のセル2aと前記第2のセル2bとを交互に積層してなるので、前記両端部に配置した第1のセル2aとこれに積層方向に隣合う第2のセル2bの電圧を確実に把握することができる。よって、ほぼ全てのセル電圧を検出することができ、全てのセル2のアノード電極11またはカソード電極12に端子6、7を設けた場合と同等の高い検出精度を維持することができる。特に、全セル数が奇数の場合には、第1のセルと第2のセルを交互に積層して全てのセル電圧を検出することが可能となる。また、全セル数が偶数の場合には、中央部で前記第1のセルが専属して積層されることで、全セルの電圧を検出できる。
Accordingly, the voltage of the
Further, in the
そして、全てのセル2のアノード電極11またはカソード電極12に端子6、7を設けた場合に比べて、端子6、7の総数を略半分に抑えることができるため、端子6、7間の間隔を十分に確保することができ、コネクタ8、9と端子6、7との連結を滑らかに行うことが可能となる。さらに、端子6、7による重量増大を抑制するとともにコストを抑えることができる。
Since the total number of
なお、本発明の内容は上述の実施の形態のみに限られるものでないことはもちろんである。例えば、実施の形態では、端子6、7を有する第1のセル2aを積層方向の両端部に配置した好ましい場合について説明したが、第2のセル2bを両端部に配置してもよい。この際には、両端にダミーセパレータを入れて、両端部セルの電圧を検出する必要がある。また、セパレータ4、5の端面外側に端子6、7を突起状に形成してコネクタ8、9に差し込むように構成したが、セパレータ4、5の端面内側に端子を溝状に形成してコネクタを差し込むように構成してもよく、セパレータ4、5の外形を変えることなく端子を一体的に作り込んでもよい。
また、本実施の形態では、燃料電池を構成する第1のセルと第2のセルとが、列全体に亘って交互に積層してなる場合について説明したが、少なくとも交互に積層してなる構成を備えていればよい。
Of course, the contents of the present invention are not limited to the above-described embodiments. For example, in the embodiment, the preferred case where the
In the present embodiment, the case where the first cells and the second cells constituting the fuel cell are alternately stacked over the entire column has been described. As long as it has.
1…燃料電池
2(2a、2b)…セル
2a…第1のセル
2b…第2のセル
4、5…セパレータ
6、7…端子
8、9…コネクタ
10…セル接続装置
11…アノード電極(陽極)
12…カソード電極(陰極)
DESCRIPTION OF
12 ... Cathode electrode (cathode)
Claims (4)
前記陽極と前記陰極のそれぞれに端子を有する第1のセルと、前記陽極と前記陰極のいずれにも端子を有さない第2のセルとを有し、
前記第1のセルと前記第2のセルとを交互に積層してなる構成を備えることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell in which a plurality of cells having an anode and a cathode are stacked,
A first cell having a terminal on each of the anode and the cathode; and a second cell having no terminal on either the anode or the cathode;
A fuel cell comprising a configuration in which the first cells and the second cells are alternately stacked.
The first cell is disposed at least at both ends in the stacking direction, and the first cell and the second cell are alternately stacked from the both ends. A fuel cell according to claim 1.
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