JP2010135174A

JP2010135174A - Fuel cell system and operation method of fuel cell

Info

Publication number: JP2010135174A
Application number: JP2008309743A
Authority: JP
Inventors: Sho Usami; 祥宇佐美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-06-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system and an operation method of fuel cells capable of suppressing durability deterioration of the fuel cells. <P>SOLUTION: The fuel cell system (100) is equipped with a membrane electrode assembly (10), the fuel cell (110) equipped with a plurality of terminals (21, 22, 41, 42) in an outer circumference part and disposed on both faces of the membrane electrode assembly for deriving a generated electric current of the membrane electrode assembly and collectors (20, 40) having conductivity and gas permeability, and switching means (121, 122) for switching current collection positions from the collectors by selecting one of the plurality of terminals. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell operating method.

燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。 A fuel cell is a device that generally obtains electric energy using hydrogen and oxygen as fuel. Since this fuel cell is excellent in terms of the environment and can realize high energy efficiency, it has been widely developed as a future energy supply system.

燃料電池は、例えば、プロトン伝導性を有する電解質膜と、電解質膜に沿って配置されたカソード触媒層およびアノード触媒層と、それぞれの触媒層の電解質膜と反対側に配置されたセパレータと、を備える。このような燃料電池においては、カソード触媒層に酸化剤ガスが供給され、アノード触媒層に燃料ガスが供給される。それにより、発電が行われる。特許文献１には、集電体から外部出力端子を介して電力が回収される燃料電池が開示されている。 The fuel cell includes, for example, an electrolyte membrane having proton conductivity, a cathode catalyst layer and an anode catalyst layer disposed along the electrolyte membrane, and a separator disposed on the opposite side of each catalyst layer from the electrolyte membrane. Prepare. In such a fuel cell, an oxidant gas is supplied to the cathode catalyst layer, and a fuel gas is supplied to the anode catalyst layer. Thereby, power generation is performed. Patent Document 1 discloses a fuel cell in which electric power is recovered from a current collector through an external output terminal.

特開２００４−０３１０２６号公報JP 2004-031026 A

特許文献１に開示される燃料電池は、集電体の一辺方向から電流を取り出す構造を有している。この場合、電流が取り出される側に発電が集中する傾向にある。それにより、電流分布にバラツキが生じ、燃料電池の耐久性が低下するおそれがある。 The fuel cell disclosed in Patent Document 1 has a structure in which current is taken out from one side of the current collector. In this case, power generation tends to concentrate on the side from which current is extracted. As a result, the current distribution varies, which may reduce the durability of the fuel cell.

本発明は、燃料電池の耐久性低下を抑制することができる燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system and a fuel cell operation method capable of suppressing a decrease in durability of the fuel cell.

本発明に係る燃料電池システムは、膜−電極接合体と膜−電極接合体の両面に配置され膜−電極接合体の発電電流を取り出すための複数のターミナルを外周部に備え導電性およびガス透過性を有する集電体とを備える燃料電池と、複数のターミナルのいずれかを選択することによって膜−電極接合体からの集電位置を切り替える切替手段と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムにおいては、膜−電極接合体の面内における電流集中を抑制することができる。その結果、燃料電池の耐久性低下を抑制することができる。 The fuel cell system according to the present invention has a plurality of terminals arranged on both sides of the membrane-electrode assembly and the membrane-electrode assembly on the outer peripheral portion for taking out the generated current of the membrane-electrode assembly. A fuel cell comprising a current collector and a switching means for switching a current collecting position from the membrane-electrode assembly by selecting one of a plurality of terminals. . In the fuel cell system according to the present invention, current concentration in the surface of the membrane-electrode assembly can be suppressed. As a result, a decrease in the durability of the fuel cell can be suppressed.

切替手段は、定期的または不定期に集電体からの集電位置を切り替えてもよい。この場合、定期的または不定期に、電流集中領域が移動する。それにより、膜−電極接合体の面内における電流集中を抑制することができる。 The switching means may switch the current collection position from the current collector regularly or irregularly. In this case, the current concentration region moves regularly or irregularly. Thereby, current concentration in the plane of the membrane-electrode assembly can be suppressed.

膜−電極接合体における電流分布を検出する電流分布検出手段を備え、切替手段は、電流分布検出手段の検出結果に応じて集電体からの集電位置を切り替えてもよい。この場合、電流集中を抑制することができる。 Current distribution detection means for detecting current distribution in the membrane-electrode assembly may be provided, and the switching means may switch the current collection position from the current collector according to the detection result of the current distribution detection means. In this case, current concentration can be suppressed.

電流分布検出手段は、燃料電池内を流動する冷却媒体の温度を検出する温度検出手段であってもよい。温度検出手段による検出温度がしきい値以上である場合、切替手段は、集電体において酸化剤ガス出口よりも酸化剤ガス入口に近いターミナルを選択してもよい。この場合、酸化剤ガス出口付近の電流集中が抑制される。それにより、燃料電池の耐久性低下を抑制することができる。 The current distribution detection means may be a temperature detection means for detecting the temperature of the cooling medium flowing in the fuel cell. When the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than the threshold value, the switching means may select a terminal closer to the oxidant gas inlet than the oxidant gas outlet in the current collector. In this case, current concentration near the oxidant gas outlet is suppressed. Thereby, a decrease in durability of the fuel cell can be suppressed.

温度検出手段による検出温度がしきい値以下である場合、切替手段は、集電体において酸化剤ガス入口よりも酸化剤ガス出口に近い前記ターミナルを選択してもよい。この場合、酸化剤ガス入口付近の電流集中が抑制される。それにより、燃料電池の耐久性低下を抑制することができる。 When the temperature detected by the temperature detection means is not more than the threshold value, the switching means may select the terminal closer to the oxidant gas outlet than the oxidant gas inlet in the current collector. In this case, current concentration near the oxidant gas inlet is suppressed. Thereby, a decrease in durability of the fuel cell can be suppressed.

電流分布検出手段は、膜−電極接合体の面内の２点間の電位差を検出する電位差検出手段であってもよい。切替手段は、電位差検出手段によって検出された電位差がしきい値以上であれば、集電体からの集電位置を切り替えてもよい。この場合、膜−電極接合体の面内における電流集中を抑制することができる。燃料電池は、複数積層されていてもよい。 The current distribution detecting means may be a potential difference detecting means for detecting a potential difference between two points in the plane of the membrane-electrode assembly. The switching means may switch the current collection position from the current collector as long as the potential difference detected by the potential difference detection means is equal to or greater than a threshold value. In this case, current concentration in the surface of the membrane-electrode assembly can be suppressed. A plurality of fuel cells may be stacked.

本発明に係る燃料電池の運転方法は、膜−電極接合体と膜−電極接合体の両面に配置され膜−電極接合体の発電電流を取り出すための複数のターミナルを外周部に備え導電性およびガス透過性を有する集電体とを備える燃料電池に対し、複数のターミナルのいずれかを選択することによって膜−電極接合体からの集電位置を切り替える切替ステップを含むことを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池の運転方法においては、膜−電極接合体の面内における電流集中を抑制することができる。その結果、燃料電池の耐久性低下を抑制することができる。 A fuel cell operating method according to the present invention comprises a plurality of terminals arranged on both sides of a membrane-electrode assembly and a membrane-electrode assembly on the outer peripheral portion for taking out a power generation current of the membrane-electrode assembly, A fuel cell having a gas permeable current collector includes a switching step of switching a current collecting position from the membrane-electrode assembly by selecting one of a plurality of terminals. is there. In the fuel cell operating method according to the present invention, current concentration in the surface of the membrane-electrode assembly can be suppressed. As a result, a decrease in the durability of the fuel cell can be suppressed.

切替ステップにおいて、定期的または不定期に集電体からの集電位置を切り替えてもよい。この場合、定期的または不定期に、電流集中領域が移動する。それにより、膜−電極接合体の面内における電流集中を抑制することができる。 In the switching step, the current collecting position from the current collector may be switched regularly or irregularly. In this case, the current concentration region moves regularly or irregularly. Thereby, current concentration in the plane of the membrane-electrode assembly can be suppressed.

膜−電極接合体における電流分布を検出する電流分布検出ステップを含み、切替ステップにおいて、電流分布検出ステップの検出結果に応じて集電体からの集電位置を切り替えてもよい。この場合、電流集中を抑制することができる。 A current distribution detection step for detecting a current distribution in the membrane-electrode assembly may be included, and in the switching step, the current collection position from the current collector may be switched according to the detection result of the current distribution detection step. In this case, current concentration can be suppressed.

電流分布検出ステップは、燃料電池内を流動する冷却媒体の温度を検出する温度検出ステップであってもよい。温度検出ステップにおける検出温度がしきい値以上である場合、切替ステップにおいて、集電体において酸化剤ガス出口よりも酸化剤ガス入口に近いターミナルを選択してもよい。この場合、酸化剤ガス出口付近の電流集中が抑制される。それにより、燃料電池の耐久性低下を抑制することができる。 The current distribution detection step may be a temperature detection step of detecting the temperature of the cooling medium flowing in the fuel cell. When the detected temperature in the temperature detection step is equal to or higher than the threshold value, a terminal closer to the oxidant gas inlet than the oxidant gas outlet may be selected in the current collector in the switching step. In this case, current concentration near the oxidant gas outlet is suppressed. Thereby, a decrease in durability of the fuel cell can be suppressed.

温度検出ステップにおける検出温度がしきい値以下である場合、切替ステップにおいて、燃料電池カソードガス入口よりもカソードガス出口に近いターミナルを選択してもよい。この場合、酸化剤ガス入口付近の電流集中が抑制される。それにより、燃料電池の耐久性低下を抑制することができる。 When the detected temperature in the temperature detecting step is equal to or lower than the threshold value, a terminal closer to the cathode gas outlet than the fuel cell cathode gas inlet may be selected in the switching step. In this case, current concentration near the oxidant gas inlet is suppressed. Thereby, a decrease in durability of the fuel cell can be suppressed.

電流分布検出ステップは、膜−電極接合体の面内の２点間の電位差を検出する電位差検出ステップであってもよい。切替ステップにおいて、電位差検出ステップによって検出された電位差がしきい値以上であれば、集電体からの集電位置を切り替えてもよい。この場合、膜−電極接合体の面内における電流集中を抑制することができる。燃料電池は、複数積層されていてもよい。 The current distribution detection step may be a potential difference detection step for detecting a potential difference between two points in the plane of the membrane-electrode assembly. In the switching step, the current collecting position from the current collector may be switched if the potential difference detected in the potential difference detecting step is equal to or greater than a threshold value. In this case, current concentration in the surface of the membrane-electrode assembly can be suppressed. A plurality of fuel cells may be stacked.

本発明によれば、膜−電極接合体の面内における電流集中が抑制される。それにより、燃料電池の耐久性低下を抑制することができる。 According to the present invention, current concentration in the plane of the membrane-electrode assembly is suppressed. Thereby, a decrease in durability of the fuel cell can be suppressed.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図１は、実施例１に係る燃料電池システム１００を説明するための図である。図１（ａ）は、燃料電池システム１００の全体構成を示す模式図である。図１（ｂ）は、後述する集電体２０，４０の平面図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining a fuel cell system 100 according to the first embodiment. FIG. 1A is a schematic diagram showing the overall configuration of the fuel cell system 100. FIG. 1B is a plan view of current collectors 20 and 40 to be described later.

図１（ａ）に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池１１０、切替スイッチ１２１，１２２、燃料ガス供給手段１３０、酸化剤ガス供給手段１４０および制御手段１５０を備える。燃料電池１１０は、図１（ａ）においては模式的断面図で描かれている。燃料電池１１０は、膜−電極接合体１０の一面に集電体２０およびセパレータ３０が積層され、他面に集電体４０およびセパレータ５０が積層された構造を有する。 As shown in FIG. 1A, the fuel cell system 100 includes a fuel cell 110, changeover switches 121 and 122, fuel gas supply means 130, oxidant gas supply means 140, and control means 150. The fuel cell 110 is depicted in a schematic cross-sectional view in FIG. The fuel cell 110 has a structure in which the current collector 20 and the separator 30 are stacked on one surface of the membrane-electrode assembly 10 and the current collector 40 and the separator 50 are stacked on the other surface.

膜−電極接合体１０は、電解質膜１１の集電体２０側にアノード触媒層１２が接合され、電解質膜１１の集電体４０側にカソード触媒層１３が接合された構造を有する。電解質膜１１として、例えば、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質を用いることができる。アノード触媒層１２およびカソード触媒層１３は、触媒を含む導電性材料からなる。アノード触媒層１２の触媒は、水素のプロトン化を促進させる。カソード触媒層１３の触媒は、プロトンと酸素との反応を促進させる。アノード触媒層１２およびカソード触媒層１３として、例えば、白金担持カーボンを用いることができる。 The membrane-electrode assembly 10 has a structure in which the anode catalyst layer 12 is joined to the current collector 20 side of the electrolyte membrane 11 and the cathode catalyst layer 13 is joined to the current collector 40 side of the electrolyte membrane 11. For example, a solid polymer electrolyte having proton conductivity can be used as the electrolyte membrane 11. The anode catalyst layer 12 and the cathode catalyst layer 13 are made of a conductive material containing a catalyst. The catalyst of the anode catalyst layer 12 promotes protonation of hydrogen. The catalyst of the cathode catalyst layer 13 promotes the reaction between protons and oxygen. As the anode catalyst layer 12 and the cathode catalyst layer 13, for example, platinum-supported carbon can be used.

集電体２０は、アノード触媒層１２に沿って配置されている。集電体２０の少なくとも一部は、アノード触媒層１２に埋設されていてもよい。図１（ｂ）に示すように、集電体２０の外周部には、セパレータ３０を介さずに膜−電極接合体１０から発電電流を取り出すためのターミナル２１，２２が設けられている。例えば、ターミナル２１，２２は、酸化剤ガスの流動方向に沿って互いに対向する位置に配置されている。ターミナル２１，２２は、セパレータ３０よりも外側に設けられている。 The current collector 20 is disposed along the anode catalyst layer 12. At least a part of the current collector 20 may be embedded in the anode catalyst layer 12. As shown in FIG. 1B, terminals 21 and 22 for taking out a generated current from the membrane-electrode assembly 10 without using the separator 30 are provided on the outer peripheral portion of the current collector 20. For example, the terminals 21 and 22 are disposed at positions facing each other along the flow direction of the oxidant gas. The terminals 21 and 22 are provided outside the separator 30.

集電体４０は、カソード触媒層１３に沿って配置されている。集電体４０の少なくとも一部は、カソード触媒層１３に埋設されていてもよい。図１（ｂ）に示すように、集電体４０の外周部には、セパレータ５０を介さずに膜−電極接合体１０から発電電流を取り出すためのターミナル４１，４２が設けられている。例えば、ターミナル４１，４２は、酸化剤ガスの流動方向に沿って互いに対向する位置に配置されている。ターミナル４１，４２は、セパレータ５０よりも外側に設けられている。本実施例においては、ターミナル２１，４１は酸化剤ガス入口側に配置され、ターミナル２２，４２は酸化剤ガス出口側に配置されている。 The current collector 40 is disposed along the cathode catalyst layer 13. At least a part of the current collector 40 may be embedded in the cathode catalyst layer 13. As shown in FIG. 1B, terminals 41 and 42 for taking out a generated current from the membrane-electrode assembly 10 without using the separator 50 are provided on the outer periphery of the current collector 40. For example, the terminals 41 and 42 are arranged at positions facing each other along the flow direction of the oxidant gas. The terminals 41 and 42 are provided outside the separator 50. In this embodiment, the terminals 21 and 41 are disposed on the oxidant gas inlet side, and the terminals 22 and 42 are disposed on the oxidant gas outlet side.

集電体２０，４０は、厚み方向にガス透過性を有する導電性材料からなる。例えば、集電体２０，４０は、多孔質形状の導電性材料からなる。集電体２０，４０として、例えば、金属メッシュ、金属発泡焼結体、エキスパンドメタル、カーボンファイバー、カーボン焼結体等が用いられる。 The current collectors 20 and 40 are made of a conductive material having gas permeability in the thickness direction. For example, the current collectors 20 and 40 are made of a porous conductive material. As the current collectors 20 and 40, for example, a metal mesh, a metal foam sintered body, an expanded metal, a carbon fiber, a carbon sintered body, or the like is used.

セパレータ３０，５０は、外周部において膜−電極接合体１０に対して突出して接触する接触部を有する。それにより、セパレータ３０と膜−電極接合体１０との間に燃料ガス流動用の空間部３１が画定される。また、セパレータ５０と膜−電極接合体１０との間に酸化剤ガス流動用の空間部５１が画定される。なお、セパレータ３０，５０は、反応ガスの流動を阻害しない範囲で、外周部以外に膜−電極接合体１０と接触する接触部を有していてもよい。ただし、反応ガスの膜−電極接合体１０への拡散性を考慮すると、膜−電極接合体１０の全面またはほぼ全面にわたって反応ガス流動用の空間部が形成されていることが好ましい。 Separator 30,50 has a contact part which protrudes and contacts with membrane-electrode assembly 10 in an outer peripheral part. Thereby, a space 31 for fuel gas flow is defined between the separator 30 and the membrane-electrode assembly 10. A space 51 for flowing an oxidant gas is defined between the separator 50 and the membrane-electrode assembly 10. In addition, the separators 30 and 50 may have a contact portion that contacts the membrane-electrode assembly 10 in addition to the outer peripheral portion as long as the flow of the reaction gas is not hindered. However, in consideration of the diffusibility of the reaction gas into the membrane-electrode assembly 10, it is preferable that a reaction gas flow space is formed over the entire surface or almost the entire surface of the membrane-electrode assembly 10.

燃料ガス供給手段１３０は、燃料ガス流動用の空間部３１に水素を含む燃料ガスを供給する手段である。燃料ガス供給手段１３０は、例えば、水素タンク等である。酸化剤ガス供給手段１４０は、酸化剤ガス流動用の空間部５１に酸素を含む酸化剤ガスを供給する手段である。酸化剤ガス供給手段１４０は、例えば、エアポンプ等である。制御手段１５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成される。 The fuel gas supply means 130 is means for supplying a fuel gas containing hydrogen to the space 31 for flowing the fuel gas. The fuel gas supply means 130 is, for example, a hydrogen tank. The oxidant gas supply means 140 is a means for supplying an oxidant gas containing oxygen to the space 51 for flowing the oxidant gas. The oxidant gas supply means 140 is, for example, an air pump. The control means 150 includes a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory) and the like.

続いて、燃料電池システム１００の動作の概略について説明する。燃料ガス供給手段１３０は、制御手段１５０の指示に従って、燃料ガスを空間部３１に供給する。空間部３１に供給された燃料ガスは、集電体２０を透過して、アノード触媒層１２に拡散する。アノード触媒層１２において、燃料ガス中の水素はプロトンと電子とに分離する。プロトンは、電解質膜１１を伝導して、カソード触媒層１３に到達する。電子は、集電体２０によって集電されてターミナル２１またはターミナル２２を介して負荷に供給された後に、ターミナル４１またはターミナル４２を介して集電体４０に到達する。 Next, an outline of the operation of the fuel cell system 100 will be described. The fuel gas supply means 130 supplies fuel gas to the space portion 31 in accordance with an instruction from the control means 150. The fuel gas supplied to the space 31 passes through the current collector 20 and diffuses into the anode catalyst layer 12. In the anode catalyst layer 12, hydrogen in the fuel gas is separated into protons and electrons. Protons are conducted through the electrolyte membrane 11 and reach the cathode catalyst layer 13. The electrons are collected by the current collector 20 and supplied to the load via the terminal 21 or terminal 22, and then reach the current collector 40 via the terminal 41 or terminal 42.

酸化剤ガス供給手段１４０は、制御手段１５０の指示に従って、空間部５１に酸化剤ガスを供給する。空間部５１に供給された酸化剤ガスは、集電体４０を透過して、カソード触媒層１３に拡散する。カソード触媒層１３においては、酸化剤ガス中の酸素と電解質膜１１を伝導したプロトンと負荷からターミナル４１またはターミナル４２に供給された電子とから水が生成される。以上の過程を経て、燃料電池１１０は発電を行う。 The oxidant gas supply unit 140 supplies the oxidant gas to the space 51 in accordance with an instruction from the control unit 150. The oxidant gas supplied to the space 51 passes through the current collector 40 and diffuses into the cathode catalyst layer 13. In the cathode catalyst layer 13, water is generated from oxygen in the oxidant gas, protons conducted through the electrolyte membrane 11, and electrons supplied from the load to the terminal 41 or the terminal 42. Through the above process, the fuel cell 110 generates power.

切替スイッチ１２１，１２２は、制御手段１５０の指示に従って、負荷を介してターミナル２１とターミナル４１とを接続する回路と、負荷を介してターミナル２２とターミナル４２とを接続する回路と、を切り替える。 The change-over switches 121 and 122 switch between a circuit that connects the terminal 21 and the terminal 41 via a load and a circuit that connects the terminal 22 and the terminal 42 via a load in accordance with an instruction from the control unit 150.

本実施例に係る燃料電池１１０においては、ターミナル２１，２２，４１，４２を介して集電がなされることから、セパレータ３０，５０に導電性が要求されない。それにより、セパレータ３０，５０として、金属等の導電性部材に比較して軽量および低コストな材料を用いてもよい。例えば樹脂を用いることによって、セパレータ３０，５０を軽量化および低コスト化することが可能であるとともに、セパレータ３０，５０に耐食性を持たせることができる。 In the fuel cell 110 according to the present embodiment, the current is collected through the terminals 21, 22, 41, and 42, so that the separators 30 and 50 do not require conductivity. Thereby, as the separators 30 and 50, a material that is lighter and lower in cost than a conductive member such as metal may be used. For example, by using a resin, the separators 30 and 50 can be reduced in weight and cost, and the separators 30 and 50 can have corrosion resistance.

また、集電のためのセパレータ３０，５０と膜−電極接合体１０との接触が不要になるため、溝流路等のようなセパレータ３０，５０と膜−電極接合体１０との電気的な接触部が不要になる。それにより、反応ガスが反応ガス流路を流動する際の圧損が低下する。その結果、燃料電池１１０の発電性能が向上する。 Further, since the contact between the separators 30 and 50 for current collection and the membrane-electrode assembly 10 is not necessary, the electrical connection between the separators 30 and 50 and the membrane-electrode assembly 10 such as a groove channel is made. A contact part is unnecessary. Thereby, the pressure loss when the reaction gas flows through the reaction gas flow path is reduced. As a result, the power generation performance of the fuel cell 110 is improved.

この燃料電池１１０においては、集電位置に近い領域では良好な発電が行われ、集電位置から離れた領域では集電体の抵抗に起因して発電が抑制される。例えば、ターミナル２１，４１で集電される場合には、他の領域に比較してターミナル２１，４１に近い領域において発電が良好になる。この場合、膜−電極接合体１０の面内において電流集中が生じる。 In the fuel cell 110, good power generation is performed in a region near the current collecting position, and power generation is suppressed in a region far from the current collecting position due to the resistance of the current collector. For example, when current is collected at the terminals 21 and 41, power generation is better in a region closer to the terminals 21 and 41 than in other regions. In this case, current concentration occurs in the plane of the membrane-electrode assembly 10.

そこで、本実施例においては、集電位置を定期的または不定期に切り替えることによって、電流集中の発生を抑制する。例えば、制御手段１５０は、切替スイッチ１２１，１２２を制御して、ターミナル２１，４１を介した回路とターミナル２２，４２を介した回路とを定期的または不定期に切り替える。この場合、膜−電極接合体１０からの集電位置が切り替わる。それにより、膜−電極接合体１０の面内における電流集中を抑制することができる。その結果、燃料電池１１０の耐久性が向上する。 Therefore, in the present embodiment, the occurrence of current concentration is suppressed by switching the current collecting position regularly or irregularly. For example, the control unit 150 controls the changeover switches 121 and 122 to switch the circuit via the terminals 21 and 41 and the circuit via the terminals 22 and 42 regularly or irregularly. In this case, the current collection position from the membrane-electrode assembly 10 is switched. Thereby, current concentration in the surface of the membrane-electrode assembly 10 can be suppressed. As a result, the durability of the fuel cell 110 is improved.

なお、定期的に集電位置が切り替わる場合、膜−電極接合体１０における乾燥が抑制される。この場合、膜−電極接合体１０の面内における発電電流は、カソード側の酸素分圧にほぼ比例する。また、集電体４０の電気抵抗に起因して発電電流に偏りが生じうる。したがって、これら２つの影響を考慮し、集電切替時間を決定してもよい。例えば、酸化剤ガス入口近くの領域の発電電流が酸化剤ガス出口近くの領域の発電電流に対して２倍であれば、２：１の時間割合でターミナル２２，４２からの集電時間をターミナル２１，４１からの集電時間に比較して長くしてもよい。 In addition, when a current collection position switches regularly, the drying in the membrane-electrode assembly 10 is suppressed. In this case, the generated current in the surface of the membrane-electrode assembly 10 is substantially proportional to the oxygen partial pressure on the cathode side. In addition, the generated current may be biased due to the electrical resistance of the current collector 40. Therefore, the current collection switching time may be determined in consideration of these two effects. For example, if the power generation current in the region near the oxidant gas inlet is twice the power generation current in the region near the oxidant gas outlet, the current collection time from the terminals 22 and 42 is calculated at a time ratio of 2: 1. The current collection time from 21 and 41 may be longer.

図２は、定期的に集電位置を切り替える場合のフローチャートの一例を示す図である。図２に示すように、制御手段１５０は、反応ガスが燃料電池１１０に供給されるように、燃料ガス供給手段１３０および酸化剤ガス供給手段１４０を制御する（ステップＳ１）。次に、制御手段１５０は、ターミナル２１，４１またはターミナル２２，４２を介して集電されるように、切替スイッチ１２１，１２２を制御する（ステップＳ２）。それにより、発電が開始される。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a flowchart for periodically switching the current collection position. As shown in FIG. 2, the control means 150 controls the fuel gas supply means 130 and the oxidant gas supply means 140 so that the reaction gas is supplied to the fuel cell 110 (step S1). Next, the control means 150 controls the changeover switches 121 and 122 so that current is collected via the terminals 21 and 41 or the terminals 22 and 42 (step S2). Thereby, power generation is started.

次に、制御手段１５０は、所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において所定時間が経過したと判定されなかった場合、制御手段１５０は、ステップＳ３を再度実行する。ステップＳ３において所定時間が経過したと判定された場合、制御手段１５０は、集電位置が切り替わるように、切替スイッチ１２１，１２２を制御する（ステップＳ４）。その後、制御手段１５０は、ステップＳ３を再度実行する。 Next, the control means 150 determines whether or not a predetermined time has elapsed (step S3). If it is not determined in step S3 that the predetermined time has elapsed, the control unit 150 executes step S3 again. When it is determined in step S3 that the predetermined time has elapsed, the control unit 150 controls the changeover switches 121 and 122 so that the current collecting position is switched (step S4). Thereafter, the control means 150 executes Step S3 again.

図２のフローチャートによれば、膜−電極接合体１０からの集電位置が定期的に切り替わる。それにより、膜−電極接合体１０における電流集中が抑制される。その結果、燃料電池１１０の耐久性が向上する。なお、不定期に集電位置を切り替える場合には、ステップＳ３における所定時間をランダムに設定してもよい。なお、本実施例においては、切替スイッチ１２１，１２２および制御手段１５０が切替手段として機能する。 According to the flowchart of FIG. 2, the current collection position from the membrane-electrode assembly 10 is periodically switched. Thereby, current concentration in the membrane-electrode assembly 10 is suppressed. As a result, the durability of the fuel cell 110 is improved. In addition, when switching a current collection position irregularly, you may set the predetermined time in step S3 at random. In this embodiment, the selector switches 121 and 122 and the control unit 150 function as a switching unit.

図３（ａ）は、実施例２に係る燃料電池システム１００ａの全体構成を説明するための模式図である。燃料電池システム１００ａが図１の燃料電池システム１００と異なる点は、冷却水ポンプ１６０および温度センサ１６１をさらに備える点である。冷却水ポンプ１６０は、制御手段１５０の指示に従って、燃料電池１１０内の冷却水流路に冷却水を供給するポンプである。温度センサ１６１は、燃料電池１１０内を流動した後の冷却水の温度を検出するセンサであり、検出結果を制御手段１５０に与える。本実施例においては、温度センサ１６１の検出結果に応じて燃料電池１１０の温度を間接的に取得することができる。 FIG. 3A is a schematic diagram for explaining the overall configuration of the fuel cell system 100a according to the second embodiment. The fuel cell system 100a is different from the fuel cell system 100 of FIG. 1 in that a cooling water pump 160 and a temperature sensor 161 are further provided. The cooling water pump 160 is a pump that supplies cooling water to the cooling water flow path in the fuel cell 110 in accordance with an instruction from the control means 150. The temperature sensor 161 is a sensor that detects the temperature of the cooling water after flowing in the fuel cell 110, and gives the detection result to the control means 150. In the present embodiment, the temperature of the fuel cell 110 can be indirectly acquired according to the detection result of the temperature sensor 161.

図３（ｂ）は、燃料電池１１０における水収支を示す図である。図３（ｂ）において、横軸は燃料電池１１０の温度を示し、縦軸は水収支を示す。ここで、水収支は、燃料電池１１０において発電に伴って生成される生成水量から、酸化剤ガス出口から排出される水量を差し引いた量である。 FIG. 3B is a diagram showing a water balance in the fuel cell 110. In FIG. 3B, the horizontal axis represents the temperature of the fuel cell 110, and the vertical axis represents the water balance. Here, the water balance is an amount obtained by subtracting the amount of water discharged from the oxidant gas outlet from the amount of generated water generated by power generation in the fuel cell 110.

燃料電池１１０の温度が低い場合（図３（ｂ）の温度範囲Ａ）、発電によって生成される生成水がほとんど液体の状態で存在する。この場合、酸化剤ガス流動用の空間部５１における酸化剤ガス出口に生成水が滞留する。それにより、酸化剤ガス出口以外の領域に発電電流が集中する。また、水収支はプラスになる。燃料電池１１０の温度が高くなると（図３（ｂ）の温度範囲Ｂ）、生成水が液体および気体の状態で混在する。この場合、水収支は徐々に低下する。 When the temperature of the fuel cell 110 is low (temperature range A in FIG. 3B), the generated water generated by the power generation exists almost in a liquid state. In this case, the generated water stays at the oxidant gas outlet in the space 51 for flowing the oxidant gas. As a result, the generated current concentrates in a region other than the oxidant gas outlet. In addition, the water balance is positive. When the temperature of the fuel cell 110 increases (temperature range B in FIG. 3B), the generated water is mixed in a liquid and gas state. In this case, the water balance gradually decreases.

さらに燃料電池１１０の温度が高くなると（図３（ｂ）の温度範囲Ｃ）、生成水がほとんど気体の状態で存在する。この場合、燃料電池１１０からの排出水量が多くなる。それにより、酸化剤ガス入口付近の領域が乾燥する。その結果、酸化剤ガス入口以外の領域に発電が集中する。また、水収支がマイナスになる。以上のように、燃料電池１１０の温度から電流分布を検出することができる。なお、上記温度範囲Ａ〜Ｃは、あらかじめ燃料電池１１０に発電させることによって取得することができる。 Further, when the temperature of the fuel cell 110 becomes higher (temperature range C in FIG. 3B), the generated water exists almost in a gaseous state. In this case, the amount of water discharged from the fuel cell 110 increases. Thereby, the area near the oxidant gas inlet is dried. As a result, power generation concentrates in a region other than the oxidant gas inlet. In addition, the water balance is negative. As described above, the current distribution can be detected from the temperature of the fuel cell 110. The temperature ranges A to C can be acquired by causing the fuel cell 110 to generate power in advance.

本実施例においては、制御手段１５０は、温度センサ１６１が検出する温度Ｔが温度範囲Ａにある場合、ターミナル２２，４２から集電されるように、切替スイッチ１２１，１２２を制御する。この場合、酸化剤ガス入口側の電流集中を抑制することができる。また、制御手段１５０は、温度Ｔが温度範囲Ｂにある場合、定期的または不定期に集電位置が切り替わるように、切替スイッチ１２１，１２２を制御する。 In the present embodiment, when the temperature T detected by the temperature sensor 161 is in the temperature range A, the control unit 150 controls the change-over switches 121 and 122 so that current is collected from the terminals 22 and 42. In this case, current concentration on the oxidant gas inlet side can be suppressed. In addition, when the temperature T is in the temperature range B, the control unit 150 controls the change-over switches 121 and 122 so that the current collection position is switched regularly or irregularly.

さらに、制御手段１５０は、温度Ｔが温度範囲Ｃにある場合、ターミナル２１，４１から集電されるように、切替スイッチ１２１，１２２を制御する。この場合、酸化剤ガス出口側の電流集中が抑制される。それにより、酸化剤ガス入口に近い領域の発電悪化を抑制することができる。以上の制御により、膜−電極接合体１０の面内における電流分布に応じて集電位置を切り替えることができる。その結果、燃料電池１１０の耐久性が向上する。 Furthermore, when the temperature T is in the temperature range C, the control unit 150 controls the changeover switches 121 and 122 so that current is collected from the terminals 21 and 41. In this case, current concentration on the oxidant gas outlet side is suppressed. Thereby, power generation deterioration in a region near the oxidant gas inlet can be suppressed. With the above control, the current collection position can be switched according to the current distribution in the plane of the membrane-electrode assembly 10. As a result, the durability of the fuel cell 110 is improved.

図４は、燃料電池１１０の温度に応じて集電位置を切り替える場合のフローチャートの一例を示す図である。図４のフローチャートは、燃料電池１１０において発電が行われている際に実行される。図４に示すように、制御手段１５０は、温度センサ１６１が検出する温度Ｔが温度Ｔ_１より小さいか否かを判定する（ステップＳ１１）。この場合、温度Ｔが温度範囲Ａにあるか否かが判定される。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a flowchart in the case where the current collecting position is switched according to the temperature of the fuel cell 110. The flowchart of FIG. 4 is executed when power generation is performed in the fuel cell 110. As shown in FIG. 4, the control means 150, the temperature T of the temperature sensor 161 detects and determines whether temperature _{T 1} of less than (step S11). In this case, it is determined whether or not the temperature T is in the temperature range A.

ステップＳ１１において温度Ｔが温度Ｔ_１よりも小さいと判定された場合、制御手段１５０は、ターミナル２２，４２から集電されるように、切替スイッチ１２１，１２２を制御する（ステップＳ１２）。それにより、集電位置が酸化剤ガス出口側に切り替わる。その後、制御手段１５０は、フローチャートの実行を終了する。 If the temperature T in step S11 is determined to be smaller than the temperature _{T 1,} the control unit 150, as will be the current collector from the terminal 22 and 42, controls the selector switch 121 and 122 (step S12). Thereby, the current collection position is switched to the oxidant gas outlet side. Thereafter, the control unit 150 ends the execution of the flowchart.

ステップＳ１１において温度Ｔが温度Ｔ_１よりも小さいと判定されなかった場合、制御手段１５０は、温度Ｔが温度Ｔ_１以上かつ温度Ｔ_２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。この場合、温度Ｔが温度範囲Ｂにあるか否かが判定される。ステップＳ１３において温度Ｔが温度Ｔ_１以上かつ温度Ｔ_２以下であると判定された場合、制御手段１５０は、集電位置が定期的に切り替わるように切替スイッチ１２１，１２２を制御する（ステップＳ１４）。その後、制御手段１５０は、フローチャートの実行を終了する。 If the temperature T in step S11 is not determined to be smaller than the temperature _{T 1} of, control unit 150 determines whether or not the temperature T is a temperature above _{T 1} and temperature _{T 2} below (step S13). In this case, it is determined whether or not the temperature T is in the temperature range B. If the temperature T is determined to be a temperature above _{T 1} and temperature _{T 2} less in step S13, the control means 150, current collecting position controls the selector switch 121 to switch to periodically (step S14) . Thereafter, the control unit 150 ends the execution of the flowchart.

ステップＳ１３において温度Ｔが温度Ｔ１以上かつ温度Ｔ_２以下であると判定されなかった場合、制御手段１５０は、ターミナル２１，４１から集電されるように、切替スイッチ１２１，１２２を制御する（ステップＳ１５）。それにより、集電位置が酸化剤ガス入口側に切り替わる。その後、制御手段１５０は、フローチャートの実行を終了する。 If the temperature T is not determined to be the temperature T1 or higher and temperature _{T 2} less in step S13, the control unit 150, as will be the current collector from the terminal 21, 41, controls the selector switch 121 (step S15). Thereby, the current collecting position is switched to the oxidant gas inlet side. Thereafter, the control unit 150 ends the execution of the flowchart.

図４のフローチャートによれば、膜−電極接合体１０の面内における電流分布に応じて集電位置を切り替えることができる。それにより、膜−電極接合体１０における電流集中が抑制される。その結果、燃料電池１１０の耐久性が向上する。なお、本実施例においては、温度範囲Ｂを設けたが、それに限られない。高い温度範囲と低い温度範囲との間で、集電位置を切り替えてもよい。なお、本実施例においては、切替スイッチ１２１，１２２および制御手段１５０が切替手段として機能する。 According to the flowchart of FIG. 4, the current collection position can be switched according to the current distribution in the plane of the membrane-electrode assembly 10. Thereby, current concentration in the membrane-electrode assembly 10 is suppressed. As a result, the durability of the fuel cell 110 is improved. In addition, in the present Example, although the temperature range B was provided, it is not restricted to it. You may switch a current collection position between a high temperature range and a low temperature range. In this embodiment, the selector switches 121 and 122 and the control unit 150 function as a switching unit.

図５は、実施例３に係る燃料電池システム１００ｂの全体構成を説明するための模式図である。燃料電池システム１００ｂが図１の燃料電池システム１００と異なる点は、電圧センサ１６２をさらに備える点である。電圧センサ１６２は、膜−電極接合体１０の面内の電位差を検出するセンサである。本実施例においては、電圧センサ１６２は、集電体２０においてターミナル２１側の領域とターミナル２２側の領域との電位差を検出し、その検出結果を制御手段１５０に与える。 FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the overall configuration of the fuel cell system 100b according to the third embodiment. The fuel cell system 100b is different from the fuel cell system 100 of FIG. 1 in that a voltage sensor 162 is further provided. The voltage sensor 162 is a sensor that detects an in-plane potential difference of the membrane-electrode assembly 10. In the present embodiment, the voltage sensor 162 detects a potential difference between the region on the terminal 21 side and the region on the terminal 22 side in the current collector 20 and gives the detection result to the control means 150.

ここで、膜−電極接合体１０の面内において電流分布が生じていなければ、電圧センサ１６２によって検出される電位差Ｖは小さくなる。しかしながら、ターミナル２１，２２間方向において電流分布が生じると、電位差Ｖは大きくなる。本実施例においては、この電位差Ｖがしきい値を超えた場合に、集電位置を切り替える。この場合、膜−電極接合体１０の面内における電流分布に応じて集電位置を切り替えることができる。それにより、膜−電極接合体１０の面内における電流集中が抑制される。その結果、燃料電池１１０の耐久性が向上する。 Here, if no current distribution is generated in the plane of the membrane-electrode assembly 10, the potential difference V detected by the voltage sensor 162 is small. However, if a current distribution occurs in the direction between the terminals 21 and 22, the potential difference V increases. In this embodiment, when the potential difference V exceeds a threshold value, the current collecting position is switched. In this case, the current collection position can be switched according to the current distribution in the plane of the membrane-electrode assembly 10. Thereby, current concentration in the surface of the membrane-electrode assembly 10 is suppressed. As a result, the durability of the fuel cell 110 is improved.

なお、集電体２０および集電体４０のいずれにおいて上記電位差を検出してもよい。 Note that the potential difference may be detected in either the current collector 20 or the current collector 40.

図６は、電位差Ｖの大きさに応じて集電位置を切り替える場合のフローチャートの一例を示す図である。図６のフローチャートは、燃料電池１１０において発電が行われている際に実行される。図６に示すように、制御手段１５０は、電圧センサ１６２が検出する電位差Ｖの絶対値｜Ｖ｜がしきい値を超えたか否かを判定する（ステップＳ２１）。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a flowchart in the case where the current collecting position is switched according to the magnitude of the potential difference V. The flowchart of FIG. 6 is executed when power generation is performed in the fuel cell 110. As shown in FIG. 6, the control means 150 determines whether or not the absolute value | V | of the potential difference V detected by the voltage sensor 162 exceeds a threshold value (step S21).

ステップＳ２１において絶対値｜Ｖ｜がしきい値を超えたと判定された場合、制御手段１５０は、集電位置が切り替わるように、切替スイッチ１２１，１２２を制御する（ステップＳ２２）。その後、制御手段１５０は、フローチャートの実行を終了する。なお、ステップＳ２１において絶対値｜Ｖ｜がしきい値を超えたと判定されなかった場合においても、制御手段１５０は、フローチャートの実行を終了する。 When it is determined in step S21 that the absolute value | V | has exceeded the threshold value, the control unit 150 controls the changeover switches 121 and 122 so that the current collection position is switched (step S22). Thereafter, the control unit 150 ends the execution of the flowchart. Even when it is not determined in step S21 that the absolute value | V | exceeds the threshold value, the control unit 150 ends the execution of the flowchart.

図６のフローチャートによれば、膜−電極接合体１０の面内における電流分布に応じて集電位置を切り替えることができる。それにより、膜−電極接合体１０における電流集中が抑制される。その結果、燃料電池１１０の耐久性が向上する。なお、本実施例においては、切替スイッチ１２１，１２２および制御手段１５０が切替手段として機能する。 According to the flowchart of FIG. 6, the current collection position can be switched according to the current distribution in the plane of the membrane-electrode assembly 10. Thereby, current concentration in the membrane-electrode assembly 10 is suppressed. As a result, the durability of the fuel cell 110 is improved. In this embodiment, the selector switches 121 and 122 and the control unit 150 function as a switching unit.

なお、上記フローチャートにおいては電位差の絶対値に基づいて集電位置を切り替えたが、それに限られない。例えば、電位差の絶対値が大きくなったとしても、集電位置を切り替えることによってさらに電流集中が大きくなる場合も起こりうる。したがって、電圧センサ１６２によって検出される電位差が緩和されるように切替スイッチ１２１，１２２を制御してもよい。この場合、膜−電極接合体１０における電流集中をより効果的に抑制することができる。 In the above flowchart, the current collection position is switched based on the absolute value of the potential difference, but the present invention is not limited to this. For example, even if the absolute value of the potential difference increases, the current concentration may further increase by switching the current collecting position. Therefore, the selector switches 121 and 122 may be controlled so that the potential difference detected by the voltage sensor 162 is alleviated. In this case, current concentration in the membrane-electrode assembly 10 can be more effectively suppressed.

図７は、実施例４に係る燃料電池システム１００ｃを説明するための図である。図７（ａ）は、燃料電池システム１００ｃの全体構成を示す模式図である。図７（ａ）に示すように、燃料電池システム１００ｃにおいては、燃料電池１１０の代わりに燃料電池スタックが設けられている。燃料電池スタックにおいては、図１の燃料電池１１０が複数積層されている。 FIG. 7 is a diagram for explaining the fuel cell system 100c according to the fourth embodiment. FIG. 7A is a schematic diagram showing the overall configuration of the fuel cell system 100c. As shown in FIG. 7A, in the fuel cell system 100c, a fuel cell stack is provided instead of the fuel cell 110. In the fuel cell stack, a plurality of fuel cells 110 in FIG. 1 are stacked.

燃料電池スタックにおいては、各燃料電池１１０のターミナル２１，４１を接続するバスバー２０１および各燃料電池１１０のターミナル２２，４２を接続するバスバー２０２が設けられている。バスバー２０１は、隣接する燃料電池１１０の間で、ターミナル２１とターミナル４１とを接続し、ターミナル２１とターミナル４１との間に切替スイッチ２０３を備える。バスバー２０２は、隣接する燃料電池１１０の間で、ターミナル２２とターミナル４２とを接続し、ターミナル２２とターミナル４２との間に切替スイッチ２０４を備える。 In the fuel cell stack, a bus bar 201 that connects the terminals 21 and 41 of each fuel cell 110 and a bus bar 202 that connects the terminals 22 and 42 of each fuel cell 110 are provided. The bus bar 201 connects the terminal 21 and the terminal 41 between the adjacent fuel cells 110, and includes a changeover switch 203 between the terminal 21 and the terminal 41. The bus bar 202 connects the terminal 22 and the terminal 42 between the adjacent fuel cells 110, and includes a changeover switch 204 between the terminal 22 and the terminal 42.

図７（ｂ）にバスバー２０１の模式図を示す。バスバー２０１において、ターミナル２１とターミナル４１とを接続する接続部位は導電性を有し、各接続部位間は絶縁性を有する。それにより、燃料電池スタックにおける短絡が防止される。同様に、バスバー２０２において、ターミナル２２とターミナル４２とを接続する接続部位は導電性を有し、各接続部位間は絶縁性を有する。 FIG. 7B shows a schematic diagram of the bus bar 201. In the bus bar 201, the connection part that connects the terminal 21 and the terminal 41 has conductivity, and the connection part has insulation. Thereby, a short circuit in the fuel cell stack is prevented. Similarly, in the bus bar 202, the connection part that connects the terminal 22 and the terminal 42 has conductivity, and the connection part has insulation.

制御手段１５０は、例えば、定期的または不定期に、ターミナル２１とターミナル４１とを接続する回路とターミナル２２とターミナル４２とを接続する回路とが切り替わるように、切替スイッチ１２１，１２２，２０３，２０４を制御する。この場合、各膜−電極接合体１０における電流集中が抑制される。その結果、各燃料電池１１０の耐久性が向上する。なお、制御手段１５０は、実施例２のように、冷却水温度に応じて集電位置を切り替えてもよい。さらに、制御手段１５０は、実施例３のように、膜−電極接合体１０の面内における電位差に応じて、集電位置を切り替えてもよい。 For example, the control unit 150 switches the change-over switches 121, 122, 203, and 204 so that the circuit that connects the terminal 21 and the terminal 41 and the circuit that connects the terminal 22 and the terminal 42 are switched regularly or irregularly. To control. In this case, current concentration in each membrane-electrode assembly 10 is suppressed. As a result, the durability of each fuel cell 110 is improved. In addition, the control means 150 may switch a current collection position according to the coolant temperature as in the second embodiment. Furthermore, the control means 150 may switch the current collection position according to the potential difference in the plane of the membrane-electrode assembly 10 as in the third embodiment.

また、各燃料電池１１０において、切替スイッチ２０３，２０４のオンオフが個別に制御されてもよい。したがって、バスバー２０１において、オンに制御されている切替スイッチ２０３とオフに制御されている切替スイッチ２０３が混在していてもよい。なお、本実施例においては、切替スイッチ１２１，１２２，２０３，２０４および制御手段１５０が切替手段として機能する。 Moreover, in each fuel cell 110, ON / OFF of the changeover switches 203 and 204 may be individually controlled. Therefore, in the bus bar 201, the changeover switch 203 controlled to be on and the changeover switch 203 controlled to be off may be mixed. In the present embodiment, the change-over switches 121, 122, 203, 204 and the control means 150 function as the switching means.

上記各実施例において、複数の集電位置を設け、集電位置を切り替えつつ発電する制御について説明した。ここで、複数の集電位置が設けられている場合に、集電位置を切り替えずに常に複数の集電位置から集電を行うことも考えられる。しかしながら、燃料電池の発電においては、温度等の運転条件で発電分布が変化して電流集中の態様が変化する。したがって、電流集中の状況に応じた制御が必要となる。上記各実施例のように集電位置を切り替える手段を備えることによって、実際の発電分布を考慮した制御が可能となる。 In each of the above-described embodiments, a description has been given of the control for providing a plurality of current collecting positions and generating power while switching the current collecting positions. Here, when a plurality of current collecting positions are provided, it is conceivable to always collect current from a plurality of current collecting positions without switching the current collecting positions. However, in power generation by a fuel cell, the power generation distribution changes depending on operating conditions such as temperature, and the current concentration changes. Therefore, control according to the current concentration situation is required. By providing the means for switching the current collecting position as in the above embodiments, it is possible to control in consideration of the actual power generation distribution.

実施例１に係る燃料電池システムを説明するための図である。1 is a diagram for explaining a fuel cell system according to Embodiment 1. FIG. 定期的に集電位置を切り替える場合のフローチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flowchart in the case of switching a current collection position regularly. 実施例２に係る燃料電池システムを説明するための図である。6 is a diagram for explaining a fuel cell system according to Embodiment 2. FIG. 燃料電池の温度に応じて集電位置を切り替える場合のフローチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flowchart in the case of switching a current collection position according to the temperature of a fuel cell. 実施例３に係る燃料電池システムの全体構成を説明するための模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an overall configuration of a fuel cell system according to Example 3. 電位差Ｖの大きさに応じて集電位置を切り替える場合のフローチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flowchart in the case of switching a current collection position according to the magnitude | size of the electric potential difference V. FIG. 実施例４に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to Example 4.

符号の説明Explanation of symbols

１０膜−電極接合体
１１電解質膜
１２アノード触媒層
１３カソード触媒層
２０集電体
２１，２２ターミナル
３０セパレータ
３１空間部
４０集電体
４１，４２ターミナル
５０セパレータ
５１空間部
１００燃料電池システム
１１０燃料電池
１２１，１２２切替スイッチ
１３０燃料ガス供給手段
１４０酸化剤ガス供給手段
１５０制御手段
１６０冷却水ポンプ
１６１温度センサ
１６２電圧センサ
２０１，２０２バスバー DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Membrane-electrode assembly 11 Electrolyte membrane 12 Anode catalyst layer 13 Cathode catalyst layer 20 Current collector 21, 22 Terminal 30 Separator 31 Space 40 Current collector 41, 42 Terminal 50 Separator 51 Space 100 Fuel cell system 110 Fuel cell 121, 122 changeover switch 130 fuel gas supply means 140 oxidant gas supply means 150 control means 160 cooling water pump 161 temperature sensor 162 voltage sensor 201, 202 bus bar

Claims

膜−電極接合体と、前記膜−電極接合体の両面に配置され前記膜−電極接合体の発電電流を取り出すための複数のターミナルを外周部に備え導電性およびガス透過性を有する集電体と、を備える燃料電池と、
前記複数のターミナルのいずれかを選択することによって前記集電体からの集電位置を切り替える切替手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 Membrane-electrode assembly, and a current collector having a plurality of terminals arranged on both sides of the membrane-electrode assembly for taking out the generated current of the membrane-electrode assembly on the outer periphery and having conductivity and gas permeability A fuel cell comprising:
A fuel cell system comprising: switching means for switching a current collecting position from the current collector by selecting one of the plurality of terminals.

前記切替手段は、定期的または不定期に前記集電体からの集電位置を切り替えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the switching unit switches a current collection position from the current collector at regular or irregular intervals.

前記膜−電極接合体における電流分布を検出する電流分布検出手段を備え、
前記切替手段は、前記電流分布検出手段の検出結果に応じて前記集電体からの集電位置を切り替えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 A current distribution detecting means for detecting a current distribution in the membrane-electrode assembly;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the switching unit switches a current collection position from the current collector according to a detection result of the current distribution detection unit.

前記電流分布検出手段は、前記燃料電池内を流動する冷却媒体の温度を検出する温度検出手段であることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。 4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the current distribution detection means is temperature detection means for detecting a temperature of a cooling medium flowing in the fuel cell.

前記温度検出手段による検出温度がしきい値以上である場合、前記切替手段は、前記集電体において酸化剤ガス出口よりも酸化剤ガス入口に近い前記ターミナルを選択することを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。 The switching unit selects the terminal closer to the oxidant gas inlet than the oxidant gas outlet in the current collector when the temperature detected by the temperature detection unit is equal to or higher than a threshold value. 5. The fuel cell system according to 4.

前記温度検出手段による検出温度がしきい値以下である場合、前記切替手段は、前記集電体において酸化剤ガス入口よりも酸化剤ガス出口に近い前記ターミナルを選択することを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。 The switching unit selects the terminal closer to the oxidant gas outlet than the oxidant gas inlet in the current collector when the temperature detected by the temperature detection unit is equal to or lower than a threshold value. 5. The fuel cell system according to 4.

前記電流分布検出手段は、前記膜−電極接合体の面内の２点間の電位差を検出する電位差検出手段であることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。 4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the current distribution detecting means is a potential difference detecting means for detecting a potential difference between two points in a plane of the membrane-electrode assembly.

前記切替手段は、前記電位差検出手段によって検出された電位差がしきい値以上であれば、前記集電体からの集電位置を切り替えることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。 8. The fuel cell system according to claim 7, wherein the switching means switches the current collecting position from the current collector when the potential difference detected by the potential difference detecting means is equal to or greater than a threshold value.

前記燃料電池は、複数積層されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein a plurality of the fuel cells are stacked.

膜−電極接合体と、前記膜−電極接合体の両面に配置され前記膜−電極接合体の発電電流を取り出すための複数のターミナルを外周部に備え導電性およびガス透過性を有する集電体と、を備える燃料電池に対し、前記複数のターミナルのいずれかを選択することによって前記集電体からの集電位置を切り替える切替ステップを含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。 A membrane-electrode assembly, and a current collector having a plurality of terminals arranged on both sides of the membrane-electrode assembly for taking out the generated current of the membrane-electrode assembly on the outer periphery and having conductivity and gas permeability And a switching step of switching a current collecting position from the current collector by selecting one of the plurality of terminals.

前記切替ステップにおいて、定期的または不定期に前記集電体からの集電位置を切り替えることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池の運転方法。 The method for operating a fuel cell according to claim 10, wherein in the switching step, the current collecting position from the current collector is switched regularly or irregularly.

前記膜−電極接合体における電流分布を検出する電流分布検出ステップを含み、
前記切替ステップにおいて、前記電流分布検出ステップの検出結果に応じて前記集電体からの集電位置を切り替えることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池の運転方法。 A current distribution detecting step of detecting a current distribution in the membrane-electrode assembly,
The fuel cell operating method according to claim 10, wherein, in the switching step, a current collecting position from the current collector is switched in accordance with a detection result of the current distribution detecting step.

前記電流分布検出ステップは、前記燃料電池内を流動する冷却媒体の温度を検出する温度検出ステップであることを特徴とする請求項１２記載の燃料電池の運転方法。 13. The fuel cell operating method according to claim 12, wherein the current distribution detecting step is a temperature detecting step of detecting a temperature of a cooling medium flowing in the fuel cell.

前記温度検出ステップにおける検出温度がしきい値以上である場合、前記切替ステップにおいて、前記集電体において酸化剤ガス出口よりも酸化剤ガス入口に近い前記ターミナルを選択することを特徴とする請求項１３記載の燃料電池の運転方法。 The terminal is selected in the current collector closer to the oxidant gas inlet than the oxidant gas outlet in the switching step when the detected temperature in the temperature detection step is equal to or higher than a threshold value. 14. A method for operating a fuel cell according to item 13.

前記温度検出ステップにおける検出温度がしきい値以下である場合、前記切替ステップにおいて、前記集電体において酸化剤ガス入口よりも酸化剤ガス出口に近い前記ターミナルを選択することを特徴とする請求項１３記載の燃料電池の運転方法。 The terminal selected in the current collector is closer to the oxidant gas outlet than the oxidant gas inlet in the switching step when the detected temperature in the temperature detection step is equal to or lower than a threshold value. 14. A method for operating a fuel cell according to item 13.

前記電流分布検出ステップは、前記膜−電極接合体の面内の２点間の電位差を検出する電位差検出ステップであることを特徴とする請求項１２記載の燃料電池の運転方法。 13. The fuel cell operating method according to claim 12, wherein the current distribution detecting step is a potential difference detecting step of detecting a potential difference between two points in a plane of the membrane-electrode assembly.

前記切替ステップにおいて、前記電位差検出ステップによって検出された電位差がしきい値以上であれば、前記集電体からの集電位置を切り替えることを特徴とする請求項１６記載の燃料電池の運転方法。 The method of operating a fuel cell according to claim 16, wherein, in the switching step, the current collecting position from the current collector is switched if the potential difference detected in the potential difference detecting step is equal to or greater than a threshold value.

前記燃料電池は、複数積層されていることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の燃料電池の運転方法。 The fuel cell operating method according to claim 10, wherein a plurality of the fuel cells are stacked.