JP2023551356A - セル電圧を監視するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、膜電極接合体（４）と双極板（６）とによって形成された、燃料電池スタック（１）の個別セル（３）のセル電圧を監視するための装置に関するものであって、各々の個別セル（３）のための測定器（７）を有し、測定器（７）が、測定器（７）によって制御可能な光信号発生器（９）を含む。本発明による装置は、前記測定器（７）が、枠付き膜電極接合体（４、５）の枠部（５）に接続された、又はその一部として形成されたフレキシブル回路基板に形成されていることを特徴とする。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルでより詳細に定義された方式による、燃料電池スタックの、膜電極接合体と双極板とによって形成された個別セルのセル電圧を監視するための装置に関する。

燃料電池スタックの個別セルのセル電圧を監視することは、基本的には、従来技術から公知である。これは、しばしば、英語の用語Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ（ＣＶＭ）で呼ばれるか、又は略語にされる。例えば車両に用いられる燃料電池スタックの場合、このようなＣＶＭは比較的大がかり且つ高価であり、かなりの設置スペースを必要とする。また、測定を確実に行えるよう、燃料電池スタックごとに、典型的には２００から４００の個別セルの電気接点を確認し、場合によっては導出しなければならない。その上、構成全体は高電圧環境下に配置されており、例えば、絶縁抵抗、耐電圧性並びに沿面及びクリープ距離に関して、相応に安全に構成されていることが必要である。その上、この構成は、典型的にはハウジングの内方、燃料電池スタックの周りに配置されているものである。この場合、透過及び漏洩により、水素が蓄積される可能性があるため、特別な防爆対策を顧慮する必要がある。更に、構成全体は電気化学的な腐食に関して厳しい環境にあるものである。

これらの問題を克服するために、特許文献１では、燃料電池スタックのための光式セル電圧監視設備が提案されている。個別セルの双極板の間に固定されている測定器に、その都度、光デバイスが配置されており、測定された電圧の光信号を発生させている。次いで、これらの光信号が、光カプラーのような方式にて、夫々の信号源に割り当てられたセンサー又は検出器より収集されることにより、燃料電池スタック内で検出された個別セルの電圧測定値を燃料電池スタックの外部環境に伝達する。その際、高分解能検出器を用いてもよく、ミラーを使用することで、検出器の数を減らすことができる。

それでもまだ、この構成は、特に、双極板の間に配置されこれらの双極板に接続されているが故に、比較的大がかり且つ複雑である。また、信号を処理するためには、一方ではエラーが生じやすく、他方では大がかり且つ高価な高分解能検出器が必要とされる。

ＤＥ１０２００７０１５７３５Ａ１

本発明の課題は、請求項１の上位概念による、セル電圧を監視するための改良された装置であって、上述した従来技術を有利に発展させる装置を提供することにある。

本発明によれば、この課題は請求項１に記載された特徴、及びここでは特に請求項１の特徴部分に記載の特徴を有する装置によって解決される。本発明による装置の有利な形態及び発展形態は、これに依拠する従属請求項から見出される。

本発明による装置では、冒頭で述べた従来技術に記載されているものと同様に、各々の個別セルに光信号発生器を持つ測定器が割り当てられていることを企図する。本発明によれば、測定器は枠付き膜電極接合体、いわゆるＭＥＦＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｆｒａｍｅｄ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の枠部に接続された、又はその一部として形成された、フレキシブル回路基板に形成されている。このＭＥＦＡは今日の燃料電池スタックにおいて非常に重要な役割を担っている。既に電極、触媒被覆膜及びガス拡散層を製造する際にこの構成を完成させ、次いでこの構成に、例えば独自のシールを設けてＳＭＥＦＡと呼ばれる状態で燃料電池スタックを積層する時に２枚の双極板の間に挿入する。或いは、これらのシールが相応に双極板に接続されているか、又は、基本的にはまた積層の最中に挿入されるようになっている。それはともかく、フレキシブル基板は枠部の領域では非常にシンプル且つ効率的であり、この枠部を部分的にも構成できる。その種の基板は、様々な機能性を含むことができ、本発明による構成の場合、少なくとも、測定器と、併せて、その測定器によって制御可能な光信号発生器を含むことができる。

それによって、この構成は非常にシンプルになり組み立てが非常に効率的になる。フレキシブル回路基板は、燃料電池スタック内では他の部品が占有する設置スペースをほぼ必要としないので、個別セルのセル電圧を監視するための装置をほとんど設置スペースにとらわれずに構成できる。また、基本的には従来技術から公知のように、光カプラーの方式の少なくとも１つの光センサーと協働する光信号発生器を使用することを介して電気的安全性及び防爆対策に係る要求を問題なく満たせる。

本発明による装置の特段に好ましい一発展形態によれば、測定器は、フレキシブル導体、及び／又は特に好適にはバネ接触部を介して、隣接する双極板の両方に、電気的に接続されていてもよい。フレキシブル基板の間で測定器と双極板とともに導体ループを構成するフレキシブル導体を介したそのような配置は相応にシンプルであり、圧力及び／又は温度の変化によるものであっても動作中に不可避な燃料電池スタックの長さの拡張を可能にする。測定器又は測定器とともに設けられたフレキシブル回路基板と、隣接する双極板との間でバネ接触部を使用することで同様のことが可能となる。その上、バネ接触部による変形形態では、また取り付けが特にシンプルであるが、それは、測定器の接触に特別な注意を払う必要がなく、燃料電池スタックの要素を積層する際にいずれにしても自動的にもたらされるからであり、一方で、フレキシブル基板を用いる場合はこれらをまだ接続、例えばハンダ付けする必要が生じるであろう。

測定器自体は、それ自体が公知の方法で構成されていてもよい。測定器は、本発明による装置の特に好ましい一形態では、いずれの場合も、昇圧コンバータを含む。ここで、そのような昇圧コンバータは個別セルの比較的低い電圧を相応に上昇させて、例えば１つ又は複数のＬＥＤを含んでよい光信号発生器を効率的に起動できる。出力は夫々のセル自体から供給されるので、構成の接続に関し更なる手段は必要ない。

測定器用の物理的入力パラメータを成すセル電圧は、各々の個別セルにおいて０ないし典型的には１．２３Ｖである。好適には集積回路の一部として構成されている相応の昇圧コンバータを介して、及びパルス発生器又は周波数発生器としての共振回路を介して、ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータとしての昇圧コンバータを介して、典型的には０．６Ｖを超えているこのセル電圧を相応に、例えば２．４ないし４Ｖの電圧レベルに相応に上昇させ、そのようにして、光信号発生器のＬＥＤ、特にまた多色ＬＥＤ、又は明るさ、色、若しくは点滅周波数などが異なる複数のＬＥＤを相応に起動することができ、上述のすべてを利用し、監視されている個別セルの電圧を例えばＣＣＤ又はＣＩＳセンサーを介して非接触にて受け取り、燃料電池スタックを制御するために相応に活用できる。

ここで、光信号発生器は、本発明の装置の非常に有利な一発展形態によれば、測定器によって異なる状態で制御可能な方式で構成されており、その制御可能性は、好適には互いに異なる４つの状態を含む。これらの状態の第１の状態は、理想的な場合にはこれが通常の状態であるが、光信号発生器がオフのままである状態であり得る。即ち、活性化された光信号がない場合、セルは指定された定格範囲で働く。例えば、一般的に低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）と呼ばれる低すぎる電圧、高すぎる電圧（高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ））といった問題が生じると、又は更により深刻には、個別セルの極性反転（セル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ））が生じると、測定器を介して光信号発生器が相応に活性化される。低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）用の典型的な電圧は動作中の個別セルの６００ｍＶよりも低く、高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）の場合は約８２５ｍＶよりも高い。セル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）は、個別セルの供給電圧が－１０ｍＶないし－８００ｍＶの場合、ほとんどの場合およそ－６００ｍＶの時に存在する。

即ち、光信号発生器が活性化されると、夫々の個別セル、ひいては事実上は個別セルを含む燃料電池スタックに問題があることが明確に示される。理想的な場合、光信号発生器をオンにした状態で、光信号発生器の少なくとも２つの異なる状態によって更に差異も視認できるので、光信号発生器により個別セルが正常に働いている、即ち、光信号発生器がオフされているか、セルから供給される電圧が多すぎる若しくは少なすぎるが故に光信号発生器がオンされているか、又は個別セルがその極性を反転させたが故に、これは典型的には「セル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）」とも呼ばれるが、光信号発生器がオンされているか、を認識できる。セル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）は、表示されるべき最も重要な状態であり、低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）がそれに次ぐ。典型的には高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）とも呼ばれる高すぎる電圧は、深刻さが最も低い状態である。

したがって最もシンプルなケースは、たとえ何であろうと問題を表示することであり、問題を問題とセル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）とに識別して、即ち高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）と低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）とを一つの状態に集約することがそれに次ぐであろう、又は特に好適には、労力及び設置スペースの点で容易に可能であるなら、３つの状態すべてを明示的に表示することであろう。

個々の状態を示すために様々なそれ自体公知の可能性を利用できる。こうして、例えば光信号発信器の光源が１つ又は複数の単色光源である場合、状態を識別するために異なる点滅周波数又はそれと同様のものを利用できる。しかし、特に好適には異なる色を用いてもよい。

本発明による装置の特段に好ましい一形態では、各々の測定器の光信号発生器が少なくとも２つ、好適には３つの光色を放射できる発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成されているようにしてもよい。即ち、この発光ダイオードを、特に、いわゆる多色発光ダイオード（Ｍｕｌｔｉｃｏｌｏｒ－ＬＥＤ）として構成してもよい。次いで、状態に応じてこのダイオードは、個別セルの正常な状態に相当するオフのままであってもよく、又は、個別セルの電圧減少状態に相当する最初の色、例えば白色、若しくは、個別セルの極性反転状態に相当する、例えば赤色を放射できる。任意ではあるが、例えば青色が、個別セルの電圧が高すぎることを表示してもよい。

上記に対する一代替形態では、また、各々の測定器の光信号発生器が少なくとも２つの発光ダイオードを備えるようにしてもよい。光信号発生器の２つ、好適には３つの発光ダイオードは両方が同じ色を放射してもよいが、その場合は２つの異なる光センサーについて評価を行うことが必要になる。又は、それらのセンサーは本発明による装置の特に好ましい一発展形態によれば、また異なる色を放射してもよい。この場合、光信号発生器に多色発光ダイオード（Ｍｕｌｔｉｃｏｌｏｒ－ＬＥＤ）を用いた場合に、例えば収集した信号をフーリエ解析することで発生させた異なる光色を識別できる相応の評価電子部を持つものであれば、光センサーは基本的に１つで十分である。

分離して構成された複数のＬＥＤを介して異なる光色を即ちまた簡単且つ効率的に発生させることができ、要件によってはこれがより大がかりな多色ダイオードを使用するよりもシンプルで低コストの変形形態になり得るが、複数の発光ダイオード用の設置スペースが必要なため、状況によっては一方の又はもう一方の変形形態が有利であり得る。

両方の変形形態に関係なく、最終的に、好適にはオンの状態で異なる色を介して夫々の個別セルの異なる問題を指し示す光が発生する。多数の測定器の各個々の光信号発生器における相応の光センサーにより、個々に、又は冒頭で説明した従来技術に示した方式で、ミラー及び高分解能センサーを介して相応に調査することがここで可能である。しかし、実際には燃料電池スタックのどの個別セルが相応の問題を引き起こすかは全く関係ないことが多く、それは、典型的には燃料電池スタック全体に影響を及ぼす反応を用いた相殺を行わなければならない、又は、個別セルをオフにすることは実際には不可能であるため、更なる損傷を避けるために燃料電池スタックを全体として例えばオフにしなければならないからである。

したがって、本発明による装置の特段に好ましくコスト効率のよい一発展形態では燃料電池スタックのすべての光信号発生器の信号が、少なくとも１つの導光体を介して少なくとも１つの光センサーに接続されているようになっている。即ち、本発明のこの特に好ましい形態では、導光体を使用することができるようになっている。ここで、基本的には各個々の発光ダイオード又は個々の光信号発生器の各光源に光を共通の光センサー又はまた僅かな数の光センサーに導出する、独自の導光体を設けてもよいであろう。ところが、詳しくは本発明による装置の有利な一形態によって光信号発生器がそれ自体の光を帯状導光体の長手側の一方に投入するようにし、少なくとも１つの光センサーがこの帯状導光体の少なくとも一方の端部側に配置されているような方式で、少なくとも１つの帯状導光体を用いれば特にシンプル且つ効率的な構成となる。

この場合、例えば、単一の導光体は、燃料電池スタックに沿ってスタック方向に延び、各測定器の光信号発生器が作動時に光を導くものであり、すべての信号発生器を単一の光センサーで同時に統制するのに十分であり得る。そのような導光体を介して、その１つの光センサーにより、即ちスタック内の問題を認識できる。反応がスタックをオフにするというものであれば、これで全く十分であり、これまで発生していた個別セル電圧監視のためのコストを大幅に削減できる。

本着想の特段に好ましい一発展形態によれば、光センサーに色を識別するために設けられた評価電子部が割り当てられていてもよい。例えば、光センサーが収集したデータのフーリエ解析は、赤の光色が相応の頻度で発生する場合、それをフィルタするために使用できる。それとともに、また、ただ１つのセンサー及び場合によっては複数の個別セルの活性化された複数の光信号発生器を介して、個別セルの１つ又はすべてが「低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）」若しくは「高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）」の問題を抱えるか、又はそれらの個別セルのうち１つ若しくは複数が極性反転の問題を有するかを検出できる。

このことは、異なる色を発生させることができる単一の多色ＬＥＤ、及び異なる色の複数のＬＥＤで、両方がそれらの光を１つ且つ同一の導光体に放射する場合にも機能する。

その上、好適には異なる色の光を持ち、分離している少なくとも２つのＬＥＤを持つ変形形態の一代替形態では、例えば並列に配列された少なくとも２つの帯状導光体が存在し、その一方で、光信号発生器の個々のＬＥＤが同じく、例えば互いに隣接してスタック方向に対して横向きに偏倚して配列されていてもよい。この場合、スタックに沿って延びる２つ又は３つの導光体を介して、一方では一方のＬＥＤの光を、他方ではもう一方のＬＥＤの光を適切にスタックの端部の一方の領域に導くことができる。１つの導光体あたり１つのセンサーを介して一方又はもう一方のＬＥＤ、ひいては一方又はもう一方の状態、即ち、少なくとも１つの低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）、１つの高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）の存在又は極性が反転した少なくとも１つのセルの存在を大がかりなソフトウェア評価を行うことなく検出できる。

個別セルの数及び燃料電池スタックの長さに応じて、燃料電池スタックの各端部、即ち、導光体の２つの端部側に夫々１つの光センサーを配置して、光センサーの領域における光効率が低い場合に信頼性を高めるようにすることも場合によってはまた有利であり、このようにすることは上記で説明した帯状導光体を用いた形態の変型例の場合も可能である。

本発明による装置の更なる有利な形態は、図を参照してより詳細に示す実施例からも見出される。

燃料電池スタックの概略図である。 本発明による装置を持つ燃料電池スタックの一部分を示す図である。 本発明による装置の特に好ましい一形態による、図１の図に類似する図である。 第１の可能な実施形態における燃料電池スタック及び本装置の一部分に基づく、本発明による装置の可能な一形態の図である。 第２の可能な実施形態における燃料電池スタック及び本装置の一部分に基づく、本発明による装置の可能な一形態の図である。 第３の可能な実施形態における燃料電池スタック及び本装置の一部分に基づく、本発明による装置の可能な一形態の図である。 第４の可能な実施形態における燃料電池スタック及び本装置の一部分に基づく、本発明による装置の可能な一形態の図である。

図１の図には、全体として符号１を付した燃料電池スタックを示す。夫々符号２を付した２枚の端板の間には多数の符号３を付した個別セルが存在するが、ここには一方ではそれらの個別セルのすべては示されておらず、他方では示されている個別セルのすべてには符号が付されていない。当業者にとってこのような燃料電池スタック１の構成は公知である。ここに示す燃料電池スタック１はＰＥＭ個別セル、即ち触媒被覆したプロトン伝導膜を持つセルを備えた低温燃料電池セルである。

図２の図では、燃料電池スタックの一部分を拡大した図が示されている。示されている上側部分のみを示した中心の個別セル３は、いわゆる膜電極接合体４を含み、膜電極接合体４は、一方では触媒被覆膜を含み、他方ではガス拡散層と電極とを含む。この膜電極接合体は、ここでは、枠部５と接着されている。この構成は、枠付き膜電極接合体又はＭｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｆｒａｍｅｄ Ａｓｓｅｍｂｌｙ（ＭＥＦＡ）とも呼ばれる。このＭＥＦＡ４、５には、ここには図示されていない独自のシールが設けられていてもよい。その場合はＳＭＥＦＡと呼ばれる。或いは、シールはまた積層の際に装入してもよい、又は、夫々ＭＥＦＡ４、５に隣接して配置された双極板６に配置されている。これらの双極板６のうち、ここでは２枚が図２の図に示されている。双極板６は、それらの一方側には、ここには図示されていない、水素を含むガスを分配するための流れ場を、もう一方側には、ここには図示されていない、酸素を含むガスを隣接する２つの個別セルに分配するための流れ場を備える。典型的には、その間双極板６の内部に冷却媒体のための流れ場が配置されている。燃料電池の当業者にとってこれらのことはすべて公知である。双極板６は、金属から製造されても、導電性充填材を付けたプラスチック又は導電性を持つように被覆したプラスチック製材料から製造されてもよい。これらのことはすべて、本発明では二次的意味しか持たないのでこれを更に述べることはしない。

枠部５に接続されて、又は枠部５の一部として、ここには図示されていないフレキシブル回路基板が形成されており、フレキシブル回路基板はここでは枠部５の上に示され符号７を付した測定器を支持している。この測定器７は、例えば昇圧コンバータと個別セル３の電圧を検出するための装置といった様々な構成部品を含み、測定器７は構成部品の枠部５に接続されている。好適には弾性の電気接触部８を介して、枠部５に接続された又はこれによって形成されたフレキシブル回路基板に配置された測定器７は、それ自体に隣接する双極板６の両方に電気的に接触させられており、しかも一方側では相応の双極板６の正の表面に、もう一方側では負の表面に接触させられている。これにより、測定器７を介して、測定器７に割り当てられた燃料電池スタック１の個別セル３の電圧を監視できる。

ここで、燃料電池スタック１の動作に関しては、異なる電圧の状態を識別することが肝心である。これは、一方では、通常の状態、用語「低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）」と呼ばれるセル電圧が低下した状態、「高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）」と呼ばれる電圧が上昇した状態、及び個別セル３の電気的な極性反転が発生した状態である。この状態は、多くの場合、英語の用語「セル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）」で呼ばれる。ここで、燃料電池スタック１の起動に関しては、それ自体の個別セル３のすべてが正常に働いているか、又は個別セルの１つ若しくは複数個がすぐ上に記した深刻な状態の１つを示しているかが重要な意味を持ち、低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）状態及び高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）状態は極性反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）の状態ほど深刻ではない。

ここで、測定器７はこれらの状態を検出できる。燃料電池スタック１の個別セル３の電圧を監視するための従来の構成による装置とは違って、ここに記載した方式の測定器７は枠部５に統合されていることにより、セルを製造する際に測定器７を直接一緒に作り込むので、後から組み込んでわざわざ電気的に接触させる必要がないという有利性を持つ。信号を、また防爆対策に関し燃料電池スタック１からの水素漏れの可能性に基づき危険な領域において安全に伝達するために、測定器７は光信号発生器９を備える。ここで、この光信号発生器９は、特に上記で触れた個別セル３の電圧の状態を、例えば通常の電圧ではオフのままであり、最もシンプルなケースではそれ以外の状態の１つが生じたときには発光することで、相応に示し得る。

光信号発生器の信号の検出及び評価は、基本的には従来技術から公知の方法によって、例えば一連の検出器を介して又は光を高分解能検出器に転換することを介して、行うことができる。これらはすべて、基本的には考えられ得るが、必要とされる設置スペース及びコストからすれば比較的大がかりである。多くの場合、特に車両用途では、燃料電池スタック１の個別セル３の少なくとも１つに相応の問題があることを知れば十分である。この場合、疑いがあるときは、燃料電池スタック１全体をオフにするか、又は燃料電池スタック１の媒体供給を相応に変更することによる反応が必要である。

ここで、本構成の最もシンプルな変形形態が、図１の燃料電池スタック１に類似する燃料電池スタック１に基づいて図３の図に相応に示されている。ここに図示された個別セル３は夫々、光信号発生器９を持つ測定器７を備える。例えば直方体の断面形の帯状導光体に構成されている導光体１０が燃料電池スタック１全体に沿ってスタック方向ｓに、しかも、すべての個別セル３のすべての測定器７の光信号発生器９がそれ自体の光を横向きに、導光体１０の長手側に投入するように延びている。少なくとも一方の端部側又は任意には２つの端部側、しかも好適には燃料電池スタック１の端板２と対向する端部側又は端板２の領域で終止する端部側の領域には、ここでは光センサー１１が配置されている。基本的には１つの光センサー１１で十分である。但し、個別セル３の数が相当に多い場合、ひいては燃料電池スタック１のスタック方向ｓの長さが大きい場合、第２の端板２の領域に更なる任意の光センサー１１を一緒に設けて、ただ１つの個別セル３がそれ自体の、測定器７の信号発生器９を介して、スタック方向ｓに沿ってただ１つの光センサー１１から比較的遠いためにこの光センサー１１によって確実に検出されることができない信号を発生させる場合でも、信頼できる結果が得られるようにすることが有利となり得る。

上記で既に触れたように、ここで光センサー１１を介して低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）、高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）の問題及び／又はセル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）の問題が認識されたかどうかが知られている場合、有利となり得る。このためには、基本的に様々な可能性があり、それらの可能性については、これに続く図４から図７の図に相応に示され、説明される。３つの個別セル３とそれらの測定器７を持つ端板２の１つの一部分がその都度図示されている。

図４の図の場合、各々の測定器７が、光信号発生器９としての発光ダイオード１２を備える。この発光ダイオード１２は、異なる色を呈することができる多色ＬＥＤとして構成されている。夫々の個別セル３が通常の電圧の場合、多色ＬＥＤはオフのままである。多色ＬＥＤは、低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）の場合は第１の色、例えば黄色、を放射し、高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）の場合は第２の色、例えば青色、を放射し、その極性が反転したセル、即ちセル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）の場合は第３の色、例えば赤色、を放射する。放射され導光体１０によって集められセンサー１１の領域に導出された光は、ここで、２つの端板２に配置された１つ、又は任意には２つの光センサー１１を介して収集され、評価電子部１３によって相応に評価される。この評価電子部１３では、特に、フーリエ解析を実施して、センサー１１が検出した光における異なる色の光を評価するようにしてもよい。その光がただ単色で、例えば黄色の光として存在する場合、評価電子部１３を介して１つ又は複数の低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）の問題を伝達できる。その光が唯一赤色の光を含む場合、１つ又は複数のセル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）の問題を相応に伝達できるであろう。その光が唯一青色の光を含む場合、１つ又は複数の高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）の問題を伝達できるであろう。その光が３つの色すべてを含む場合、ここでも、低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）もセル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）も存在するという相応のメッセージを伝達できる。これには、ハードウェアで言えば多色ＬＥＤ１２が必要とされ、ソフトウェアで言えば評価電子部１３における相応の評価が必要とされる。

異なる色の光に代えて、又は基本的にはまた異なる色の光を補足して、ここでは異なる点滅周波数又はシーケンス、即ち、特定の点滅パターンの順序を用いて、燃料電池スタック１における個別セル３の少なくとも１つに発生する様々な状態を、少なくとも１つの光センサー１１を介して検出可能にすることもできる。

本構成は、多色ＬＥＤ１２を完全に省略できるところにまで変更可能である。基本的には図４の図に類似していると理解されるべき図５の構成では、光信号発生器９の各々が、例えば、２つの異なる色の発光ダイオード１４、１５が設けられている。これは場合によっては、十分な設置スペースが存在する場合、多色ＬＥＤを用いた場合と比べてより低コストの変形形態であり得る。この変形形態の場合、異なる色のＬＥＤ１４、１５の両方が、それ自体の光を上述したのと同じ方式で導光体１０に投入する。次いで、少なくとも１つのセンサー１１を介した検出及び評価電子部１３における評価はアナログで行われる。即ち、ここに例解的に示した２つの異なるＬＥＤ１４、１５は一緒に「オフ」の状態で、合わせて３つの状態を伝達できる。これは、例えば、ＬＥＤ１４、１５の両方がオフになっている通常の機能であり得るし、ＬＥＤの一方、例えばＬＥＤ１４がオンになっている高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）又は低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）の問題でもあり得るし、例えばＬＥＤ１５がオンになっているセル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）の問題でもあり得る。この構成は、少なくとも１つの光センサー１１に到達する信号においてまた更に高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）状態と低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）状態とを区別できるように、３つ目のＬＥＤによって相応に拡充できることは言うまでもない。

更に、図６の図には更なる変形形態を示す。ＬＥＤ１４、１５を、例えばスタック方向に隣接して光信号発生器として各々の測定器７に配置する代わりに、ＬＥＤ１４、１５をスタック方向に対して横方に偏倚させて、しかも、図６の図で分かるように、それ自体の光を平行に延びる２つの導光体１０、１６に投入するように配置することも可能である。その場合、ＬＥＤ１４、１５は異なる色でもよいが、同色のより大きなＬＥＤを用いてもよい。この場合、例えば図６の図の上方に示されているＬＥＤ１４が、それらのＬＥＤ１４が活性化されている場合、低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）又は高セル（Ｈｉｇｈ Ｃｅｌｌ）を表示し、第２の導光体１６の領域における、図６の図では下方に配置された光信号発生器９のＬＥＤ１５がセル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）を表示する。次いで、光学センサー１１を介して、それ自体公知の方法により、光色に関する更なる評価を必要とすることなく、低セル（Ｌｏｗ Ｃｅｌｌ）問題を直接表示させて相応の制御機構に伝達でき、もう一方の導光体１６の端部側の光センサー１７を介しては、それ相応に１つ又は複数のセル反転（Ｃｅｌｌ Ｒｅｖｅｒｓａｌ）の問題を伝達できる。

図６に示されているこの構成も、ここで基本的には上記で既に説明したように、２つのＬＥＤ１４、１５を超えて３つ目のＬＥＤ１８の分だけ、並びにこの場合にはまた、それ相応に、更なる導光体１９及び更なる光センサー２０を介して相応に拡充できる。これは、それは別として図４から図６の図に類似していると理解されるべき図７の図に、相応に示されている。この構成であれば、各個々の導光体１０、１６、１９においてその都度、興味深い状態の１つを相応に表示できる。

全体として、本構成はすべての変形形態において特段にシンプルであって、いくつかの光センサー１１、１７、２０により得られ、それらの側では光の存在及び場合によっては光色を認識することのみが必要であり、例えば高い画素分解能又はこれと同様のものに関し高い要求をする必要がない。

これらの構成は、基本的には各方式の燃料電池スタック１、特に、ＰＥＭ燃料電池に適している。これらの構成は、そのような方式の燃料電池スタック１の車両への使用には特に好ましいが、それは、ここでは、一方では設置スペースの制約という事情、他方では燃料電池スタック１の組み立て及び製造における非常に強いコスト圧という事情に応えることが必要だからである。

説明した可能な実施変形形態における、セル電圧を監視するための装置は、これを理想的に可能とする。

Claims (11)

1. 膜電極接合体（４）と双極板（６）とによって形成された燃料電池スタック（１）の個別セル（３）のセル電圧を監視するための装置であって、各々の前記個別セル（３）のための測定器（７）を有し、前記測定器（７）が、前記測定器（７）によって制御可能な光信号発生器（９）を含む、前記装置において、
   前記測定器（７）が、枠付き膜電極接合体（４、５）の枠部（５）に接続された、又はその一部として形成されたフレキシブル回路基板に形成されていることを特徴とする、前記装置。
2. 前記測定器（７）が、フレキシブル導体素子及び／又はバネ接触部（８）を介して、隣接する２つの前記双極板（６）に導電的に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記測定器（７）が昇圧コンバータを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記光信号発生器（９）が、少なくとも３つの異なる状態で前記測定器（７）により制御可能な方式で構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 各測定器（７）の前記光信号発生器（９）が、発光ダイオード（１２）によって構成されており、前記発光ダイオード（１２）は、少なくとも２つの光色で光を放射するように構成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 各測定器（７）の前記光信号発生器（９）が、少なくとも２つの発光ダイオード（１４、１５、１８）によって形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
7. 各光信号発生器（９）の前記少なくとも２つの発光ダイオード（１４、１５、１８）が、異なる色の光を生成することを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. すべての測定器（７）の前記光信号発生器（９）が、少なくとも１つの導光体（１０、１６、１９）を介して少なくとも１つの光センサー（１１）に接続されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記少なくとも１つのセンサー（１１）のデータを評価するための評価電子部（１３）が設けられており、前記評価電子部（１３）は、特定の色及び／又は点滅周波数の出現に関して検出された信号を評価するように構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 少なくとも２つの導光体（１０、１６、１９）が設けられ、前記少なくとも２つの導光体（１０、１６、１９）は、すべての光信号発生器（９）の前記少なくとも２つの発光ダイオードを、それぞれ別々に少なくとも１つの光センサー（１１、１７、２０）に接続することを特徴とする、請求項６又は７に記載の装置。
11. 少なくとも１つの前記導光体（１０、１６、１９）は、前記光信号発生器（９）がその光を長手方向側の一方に結合するように配置されている帯状導光材から構成されており、前記導光体（１０、１６、１９）の少なくとも一方の端部に前記少なくとも１つの光センサー（１１、１７、２０）が配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。

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