JP4783562B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックに関する。 The present invention includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is contained in a box-shaped casing. It relates to a battery stack.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体が、セパレータによって挟持された単位セルを備え、前記単位セルが複数積層されることにより燃料電池スタックが構成されている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. An electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane includes a unit cell sandwiched between separators, and a plurality of the unit cells are stacked to constitute a fuel cell stack. Has been.
この単位セルにおいて、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。 In this unit cell, a fuel gas, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as hydrogen-containing gas) is supplied to the anode side electrode, while an oxidant gas, for example, A gas or air mainly containing oxygen (hereinafter also referred to as oxygen-containing gas) is supplied. In the fuel gas supplied to the anode side electrode, hydrogen is ionized on the electrode catalyst and moves to the cathode side electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy.
燃料電池スタックでは、各単位セルが所望の発電性能を有しているか否かを検出する必要がある。このため、通常、セパレータに設けられたセル電圧端子を電圧検出装置に接続して、発電時の各単位セル毎のセル電圧を検出する作業が行われている。 In the fuel cell stack, it is necessary to detect whether each unit cell has a desired power generation performance. For this reason, the operation | work which detects the cell voltage for every unit cell at the time of electric power generation is normally performed by connecting the cell voltage terminal provided in the separator to the voltage detection apparatus.
例えば、特許文献１では、複数のセル電圧モニターが燃料電池スタックに取り付けられており、各セル電圧モニターは、燃料電池スタックに固定される１つのハウジングとそのハウジングで保持された１以上の端子を有し、各セル電圧モニターの１つ以上の端子は、そのセル電圧モニターのハウジング内で端子同士互いに並列に且つ燃料電池スタックのセル積層方向に列状に配置されており、各セル電圧モニターに１つずつ設けられた複数のハウジングは、燃料電池スタックの側面に千鳥状に配置されている。
For example, in
最近、燃料電池スタックは、エンドプレート間をタイロッドで締め付け保持する構造の他、箱状のケーシング内に複数の単位セルを収容保持する構造が採用されている。ところが、ケーシングでは、積層されている複数の単位セルの各側面を側板で覆うため、前記側板には、複数のセル電圧モニターを前記複数の単位セルに取り付け可能にする工夫が必要になっている。 Recently, in addition to a structure in which the end plates are clamped and held between end plates, a structure in which a plurality of unit cells are accommodated in a box-shaped casing has been adopted for the fuel cell stack. However, in the casing, each side surface of the stacked unit cells is covered with a side plate. Therefore, the side plate needs to be devised so that a plurality of cell voltage monitors can be attached to the plurality of unit cells. .
例えば、図１０に示すように、燃料電池スタック１は、複数の単位セル２を矢印Ｘ方向に積層した積層体３を備え、この積層体３がケーシング４内に収容されている。ケーシング４を構成する少なくとも１つの側板５には、矢印Ｘ方向に千鳥状に配設されるセル電圧モニター６を避けるように、積層方向に長尺な開口部７が形成されている。しかしながら、側板５に積層方向に長尺な開口部７が形成されるため、この側板５自体の剛性が著しく低下するという問題がある。
For example, as shown in FIG. 10, the
そこで、例えば、図１１に示すように、１つの側板８にセル電圧モニター（図示せず）に対応して、矢印Ｘ方向に千鳥状の複数の開口部９ａ、９ｂを形成することが考えられる。ところが、複数の単位セル（図示せず）を矢印Ｘ方向に積層すると、各単位セルの寸法公差や組立公差により、積層数の増加に伴って寸法のばらつきが累積されてしまう。
Therefore, for example, as shown in FIG. 11, it is conceivable to form a plurality of staggered
このため、例えば、矢印Ｘ１方向に単位セルが積層される場合、矢印Ｘ１方向先端側に配置される単位セルに比較的大きな位置ずれが惹起し、この単位セルに対して開口部９ａ又は９ｂからセル電圧モニター（図示せず）を取り付けることができないという問題が指摘される。 For this reason, for example, when unit cells are stacked in the direction of the arrow X1, a relatively large displacement occurs in the unit cell arranged on the tip side in the direction of the arrow X1, and the opening 9a or 9b with respect to the unit cell. A problem is pointed out that a cell voltage monitor (not shown) cannot be installed.
本発明はこの種の問題を解決するものであり、積層された複数の単位セルのセル電圧を容易且つ確実に検出するとともに、ケーシング自体の剛性を有効に維持することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and provides a fuel cell stack capable of easily and reliably detecting cell voltages of a plurality of stacked unit cells and effectively maintaining the rigidity of the casing itself. The purpose is to provide.
本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックである。 The present invention includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is contained in a box-shaped casing. It is a battery stack.
ケーシングの少なくとも一の面には、各単位セル毎又は複数の単位セル毎にセル電圧を検出するために、所望のセル電圧端子に対応する複数の開口部が、前記単位セルの積層方向に沿って設けられるとともに、前記複数の開口部は、積層方向一端側から他端側に向かって開口面積が大きくなるように設定されることが好ましい。単位セルが積層方向一端側から他端側に、順次、積層される際、前記他端側の単位セルに寸法公差や組立公差が累積される。このため、積層方向他端側の開口面積が大きく設定されることにより、単位セルに累積される寸法のばらつきを吸収することができ、前記単位セルのセル電圧を容易に検出することが可能になる。 In at least one surface of the casing, a plurality of openings corresponding to desired cell voltage terminals are provided along the stacking direction of the unit cells in order to detect a cell voltage for each unit cell or for each unit cell. The plurality of openings are preferably set so that the opening area increases from one end side to the other end side in the stacking direction. When unit cells are sequentially stacked from one end side to the other end side in the stacking direction, dimensional tolerances and assembly tolerances are accumulated in the unit cells on the other end side. For this reason, by setting a large opening area on the other end side in the stacking direction, it is possible to absorb variations in dimensions accumulated in the unit cell and to easily detect the cell voltage of the unit cell. Become.
さらに、複数の開口部は、積層方向中央側から両端側に向かって開口面積が大きくなるように設定されることが好ましい。予め単位セルが所定数ずつ積層された２つの積層体を用意し、この２つの積層体が、それぞれの積層開始側単位セル同士を重ね合わせて燃料電池スタックを構成する際、積層方向中央側に比べて積層方向両端側の単位セルに寸法のばらつきが累積されている。従って、積層方向両端側の開口面積が大きく設定されることにより、単位セルに累積される寸法のばらつきを確実に吸収することが可能になり、前記単位セルのセル電圧を容易に検出することができる。 Furthermore, the plurality of openings are preferably set so that the opening area increases from the center in the stacking direction toward both ends. Prepare two stacked bodies in which a predetermined number of unit cells are stacked in advance, and when these two stacked bodies form a fuel cell stack by stacking the respective stack start side unit cells, Compared with the unit cells at both ends in the stacking direction, the dimensional variation is accumulated. Therefore, by setting the opening area at both ends in the stacking direction to be large, it is possible to reliably absorb the variation in dimensions accumulated in the unit cell, and to easily detect the cell voltage of the unit cell. it can.
さらにまた、ケーシングの他の面には、前記複数の開口部とは積層方向に位置をずらしてセル電圧端子に対応する複数の開口部が設けられることが好ましい。互いに近接する各単位セル毎に、セル電圧を容易且つ正確に検出することが可能になるからである。 Furthermore, it is preferable that the other surface of the casing is provided with a plurality of openings corresponding to the cell voltage terminals by shifting positions in the stacking direction from the plurality of openings. This is because the cell voltage can be easily and accurately detected for each unit cell adjacent to each other.
本発明では、ケーシングの少なくとも一面には、各単位セル毎又は複数の単位セル毎にセル電圧を検出するために、所望のセル電圧端子に対応する複数の開口部が設けられるため、積層方向に延在する長尺状開口部を設ける構成に比べて、前記ケーシング自体の剛性が良好に向上する。 In the present invention, at least one surface of the casing is provided with a plurality of openings corresponding to desired cell voltage terminals in order to detect a cell voltage for each unit cell or for each of a plurality of unit cells. The rigidity of the casing itself is improved better than the configuration in which the elongated opening that extends is provided.
しかも、複数の開口部は、積層方向一端側から他端側に向かって開口面積が大きくなるように、又は積層方向中央側から両端側に向かって開口面積が大きくなるように設定されており、積層方向の寸法のばらつきを吸収することができる。これにより、単位セルの積層方向のずれに影響されることがなく、前記単位セルのセル電圧を容易且つ正確に検出することが可能になる。 Moreover, the plurality of openings are set so that the opening area increases from one end side to the other end side in the stacking direction, or the opening area increases from the center side in the stacking direction to both end sides , Variations in dimensions in the stacking direction can be absorbed. As a result, the cell voltage of the unit cell can be easily and accurately detected without being affected by the deviation in the stacking direction of the unit cells.
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の一部分解概略斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部断面側面図である。
FIG. 1 is a partially exploded schematic perspective view of a
図１に示すように、燃料電池スタック１０は、複数の単位セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備える。積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁性スペーサ部材２２及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。燃料電池スタック１０は、四角形に構成されるエンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含むケーシング２４を備えている。
As shown in FIG. 1, the
図２及び図３に示すように、各単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３０と、前記電解質膜・電極構造体３０を挟持する薄板波形状の第１及び第２金属セパレータ３２、３４とを備える。なお、第１及び第２金属セパレータ３２、３４に代替して、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, each
第１金属セパレータ３２及び／又は第２金属セパレータ３４の外周部には、具体的に第１の実施形態では、前記第２金属セパレータ３４の外周部には、矢印Ｂ方向一端側に位置して電解質膜・電極構造体３０で発生する電圧を検出するためのセル電圧端子３５が一体的に形成される。
Specifically, in the first embodiment, the outer periphery of the
単位セル１２の長辺方向（図３中、矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３８ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４０ｂが設けられる。
An oxidant gas supply for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with each other in the arrow A direction at one end edge of the
単位セル１２の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３６ｂが設けられる。
The other end edge in the long side direction of the
電解質膜・電極構造体３０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。
The electrolyte membrane /
アノード側電極４４及びカソード側電極４６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４２の両面に形成される。
The
第１金属セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部により構成される。第１金属セパレータ３２の面３２ｂには、冷却媒体供給連通孔３８ａと冷却媒体排出連通孔３８ｂとを連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部により構成される。
A fuel
第２金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路５２が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路５２は、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとに連通する。第２金属セパレータ３４の面３４ｂには、第１金属セパレータ３２の面３２ｂと重なり合って冷却媒体流路５０が一体的に形成される。
The
第１金属セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、この第１金属セパレータ３２の外周端縁部を周回して第１シール部材５４が一体成形される。第１シール部材５４は、面３２ａで燃料ガス供給連通孔４０ａ、燃料ガス排出連通孔４０ｂ及び燃料ガス流路４８を囲繞してこれらを連通させる一方、面３２ｂで冷却媒体供給連通孔３８ａ、冷却媒体排出連通孔３８ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。
A
第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第２金属セパレータ３４の外周端縁部を周回して第２シール部材５６が一体成形される。第２シール部材５６は、面３４ａで酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス流路５２を囲繞してこれらを連通させる一方、面３４ｂで冷却媒体供給連通孔３８ａ、冷却媒体排出連通孔３８ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。第２シール部材５６は、セル電圧端子３５から剥離されており、このセル電圧端子３５が外部に露呈している。
A
図２に示すように、第１及び第２シール部材５４、５６間には、固体高分子電解質膜４２の外周が、直接、ケーシング２４に接触することを阻止するために、シール５７が介装される。
As shown in FIG. 2, a
図１及び図２に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの端部には、面方向に突出する板状の端子部５８ａ、５８ｂが形成される。端子部５８ａ、５８ｂには、例えば、走行用モータ等の負荷が接続される。
As shown in FIGS. 1 and 2, plate-
ケーシング２４は、図１に示すように、端板であるエンドプレート２０ａ、２０ｂと、積層体１４の側部に配置される複数の側板６０ａ〜６０ｄと、前記側板６０ａ〜６０ｄの互いに近接する端部同士を連結するアングル部材（例えば、Ｌアングル）６２ａ〜６２ｄと、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂと前記側板６０ａ〜６０ｄとを連結するそれぞれ長さの異なる連結ピン６４ａ、６４ｂとを備える。側板６０ａ〜６０ｄは、薄板金属製プレートで構成される。
As shown in FIG. 1, the
エンドプレート２０ａ、２０ｂの上下各辺には、それぞれ２つの第１連結部６６ａ、６６ｂが突出形成されるとともに、両側の各辺には、それぞれ１つの第１連結部６６ｃ、６６ｄが突出形成される。第１連結部６６ａ〜６６ｄには、孔６７ａ〜６７ｄが貫通形成される。エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺下端には、マウント用ボス部６８ａ、６８ｂが形成される。このボス部６８ａ、６８ｂが、図示しない搭載部位にボルト等を介して固定されることにより、燃料電池スタック１０を、例えば、車両に搭載する。
Two
積層体１４の矢印Ｂ方向両側に配置される側板６０ａ、６０ｃの長手方向（矢印Ａ方向）両端には、第２連結部７０ａ、７０ｂが２つずつ形成される。積層体１４の上下両側に配置される側板６０ｂ、６０ｄの長手方向両端には、第２連結部７２ａ、７２ｂが３つずつ形成される。第２連結部７０ａ、７０ｂには、孔７１ａ、７１ｂが形成されるとともに、第２連結部７２ａ、７２ｂには、孔７３ａ、７３ｂが形成される。
Two second connecting
側板６０ａ、６０ｃの各第２連結部７０ａ、７０ｂ間には、エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺の第１連結部６６ｃ、６６ｄが配置されるとともに、これらに短尺な連結ピン６４ａが一体的に挿入されて、前記側板６０ａ、６０ｃが前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。
Between the
同様に、側板６０ｂ、６０ｄの第２連結部７２ａ、７２ｂがエンドプレート２０ａ、２０ｂの上辺及び下辺の第１連結部６６ａ、６６ｂと交互に配置されるとともに、これらに長尺な連結ピン６４ｂが一体的に挿入されて、前記側板６０ｂ、６０ｄが前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。
Similarly, the second connecting
側板６０ａ〜６０ｄには、短手方向両端縁部にそれぞれ複数のねじ孔７４が形成される一方、アングル部材６２ａ〜６２ｄの各辺には、前記ねじ孔７４に対応して孔部７６が形成される。各孔部７６に挿入される各ねじ７８がねじ孔７４に螺合することにより、アングル部材６２ａ〜６２ｄを介して側板６０ａ〜６０ｄ同士が固定される。これにより、ケーシング２４が構成される（図４参照）。
The
なお、アングル部材６２ａ〜６２ｄにねじ孔を形成する一方、側板６０ａ〜６０ｄに孔部を形成し、前記アングル部材６２ａ〜６２ｄを前記側板６０ａ〜６０ｄの内方に配置した状態で、これらを一体的にねじ止めしてもよい。
In addition, while forming screw holes in the
図１及び図４に示すように、側板（ケーシング２４の一の面）６０ａには、各単位セル１２毎又は複数の単位セル１２毎にセル電圧を検出するために、所望のセル電圧端子３５に対応する複数の開口部８０ａ〜８０ｎが前記単位セル１２の積層方向（矢印Ａ方向）に沿って設けられる。開口部８０ａ〜８０ｎには、所定数のセル電圧端子３５に一体的に接続されてセル電圧検出器８２が配設される。
As shown in FIGS. 1 and 4, the side plate (one surface of the casing 24) 60 a has a desired
開口部８０ａ〜８０ｎは、少なくとも２種類の異なる開口面積に設定されている。第１の実施形態では、エンドプレート２０ａ側（積層方向一端側）からエンドプレート２０ｂ側（積層方向他端側）に向かって開口面積が、順次、大きくなるように、すなわち、開口部８０ａの開口面積＜開口部８０ｂの開口面積＜…＜開口部８０ｎ−１の開口面積＜開口部８０ｎの開口面積という関係に設定される。
The
図１及び図２に示すように、スペーサ部材２２は、ケーシング２４の内周で位置決めされるように所定の寸法に設定された矩形状を有する。このスペーサ部材２２は、積層体１４の積層方向の長さ変動を吸収して前記積層体１４に所望の締め付け荷重を付与可能にするために、厚さが調整される。なお、積層体１４の積層方向の長さの変動が、第１及び第２金属セパレータ３２、３４自体の弾性等で吸収可能であれば、スペーサ部材２２を用いなくてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
The operation of the
この燃料電池スタック１０では、先ず、図４に示すように、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス供給連通孔３６ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔４０ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔３８ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、積層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の単位セル１２に対し、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印Ａ方向に供給される。
In the
図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａから第２金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体３０のカソード側電極４６に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａから第１金属セパレータ３２の燃料ガス流路４８に導入され、電解質膜・電極構造体３０のアノード側電極４４に沿って移動する。
As shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant
従って、各電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
Therefore, in each electrolyte membrane /
次いで、カソード側電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに沿って流動した後、エンドプレート２０ａから外部に排出される。同様に、アノード側電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔４０ｂに排出されて流動し、エンドプレート２０ａから外部に排出される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the
また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔３８ａから第１及び第２金属セパレータ３２、３４間の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３８ｂを移動してエンドプレート２０ａから排出される。
The cooling medium flows in the direction of arrow B after being introduced into the cooling
この場合、第１の実施形態では、図１及び図４に示すように、ケーシング２４を構成する側板６０ａには、積層される単位セル１２の所望のセル電圧端子３５に対応する複数の開口部８０ａ〜８０ｎが積層方向に沿って設けられるとともに、前記開口部８０ａから前記開口部８０ｎに向かって、各々の開口面積が、順次、大きくなるように設定されている。このため、ケーシング２４自体の剛性が良好に向上するとともに、積層体１４の積層方向の寸法のばらつきを確実に吸収することができる。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 4, the
すなわち、複数の単位セル１２を矢印Ａ方向に積層して積層体１４を組み立てる際、前記単位セル１２は、例えば、エンドプレート２０ａ側から、順次、積層されている。ここで、単位セル１２を構成する各部品の寸法公差や組立公差等により、積層体１４は積層方向に対して寸法のばらつきが発生し易い。特に単位セル１２の積層数が増加するのに伴って、寸法のばらつきが累積され、エンドプレート２０ｂ側では、比較的大きなばらつきが発生する。
That is, when assembling the
そこで、第１の実施形態では、積層開始側の開口部８０ａから寸法のばらつきが累積される開口部８０ｎに向かって、各々の開口面積が、順次、大きくなっている。従って、積層方向の寸法のばらつきを確実に吸収することが可能になり、セル電圧検出器８２の取り付け不良や配線の長尺化等を良好に防止することができるという効果が得られる。これより、各単位セル１２毎又は複数の単位セル１２毎に、セル電圧を容易且つ正確に検出することが可能になる。
Therefore, in the first embodiment, each opening area gradually increases from the
図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック９０の一部分解概略斜視図であり、図６は、前記燃料電池スタック９０の斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 5 is a partially exploded schematic perspective view of a
燃料電池スタック９０を構成する単位セル９２は、第１及び第２金属セパレータ３２、３４を備えるとともに、前記第１金属セパレータ３２の外周部には、矢印Ｃ方向一端側（上端側）に位置してセル電圧端子３５ａが一体的に形成される。
The
燃料電池スタック９０を構成するケーシング９４では、側板（他の面）６０ｂに、複数の単位セル９２の所望のセル電圧端子３５ａに対応する複数の開口部９６ａ〜９６ｎが矢印Ａ方向に沿って設けられる。開口部９６ａ〜９６ｎには、所定数のセル電圧端子３５ａに一体的に接続されたセル電圧検出器９８が配設される。
In the
開口部９６ａ〜９６ｎは、開口部８０ａ〜８０ｎと同様に、エンドプレート２０ａ側からエンドプレート２０ｂ側に向かって開口面積が、順次、大きくなるように設定されるとともに、前記開口部８０ａ〜８０ｎとは積層方向に位置をずらして設けられる。
Similarly to the
このように構成される第２の実施形態では、矢印Ａ方向に積層されている単位セル９２のセル電圧を、側板６０ａ側からセル電圧端子３５に取り付けられるセル電圧検出器８２と、側板６０ｂ側からセル電圧端子３５ａに取り付けられるセル電圧検出器９８とを介して検出している。このため、各単位セル９２同士が相当に近接して配置されていても、各単位セル９２毎又は複数の単位セル９２毎に、セル電圧を容易且つ確実に検出することが可能になるという効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, the cell voltage of the
しかも、側板６０ａ、６０ｂは、各々所定の間隔ずつ離間して開口部８０ａ〜８０ｎ及び９６ａ〜９６ｎを形成することができる。これにより、側板６０ａ、６０ｂの剛性を良好に維持することが可能になる。
Moreover, the
なお、第２の実施形態では、第１金属セパレータ３２の上端部にセル電圧端子３５ａを設ける一方、側板６０ｂに開口部９６ａ〜９６ｎを形成しているが、これに限定されるものではない。例えば、第１金属セパレータ３２の矢印Ｂ方向他端側にセル電圧端子を設けるとともに、側板６０ｃに複数の開口部を形成してもよく、あるいは、前記第１金属セパレータ３２の下端部にセル電圧端子を設けるとともに、側板６０ｄに複数の開口部を設けてもよい。
In the second embodiment, the
さらに、単位セル９２では、２つの異なるセル電圧端子３５、３５ａを設けているが、例えば、３つのセル電圧端子あるいは４つのセル電圧端子を設けるとともに、側板６０ａ〜６０ｄ中、任意の３つあるいは全てに開口部を形成してもよい。
Further, in the
図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する側板１００の正面説明図である。
FIG. 7 is an explanatory front view of the
側板１００には、複数の開口部１０２ａ〜１０２ｎが矢印Ａ方向に沿って設けられる。開口部１０２ａ〜１０２ｎは、各々２つずつ設けられており、エンドプレート２０ａ側からエンドプレート２０ｂ側に向かって各々の開口面積が、順次、大きくなるように設定される。
The
なお、第３の実施形態では、各々２つの開口部１０２ａ〜１０２ｎが設けられているが、前記開口部１０２ａ〜１０２ｎは、各々の個数が異なっていてもよい。また、エンドプレート２０ａ側から側板１００の略中央部まで同一の開口部１０２ａを複数設ける一方、該中央部からエンドプレート２０ｂ側まで前記開口部１０２ａよりも開口面積の大きな同一の開口部１０２ｎを複数設けてもよい。
In the third embodiment, two
図８は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する側板１１０の正面説明図である。
FIG. 8 is an explanatory front view of the
側板１１０には、矢印Ａ方向略中央部に最小開口面積を有する開口部１０２ａが設けられ、前記開口部１０２ａからエンドプレート２０ａ、２０ｂ側に向かって各々の開口面積が、順次、（あるいは所定数毎）大きくなる開口部１１２ｂ〜１１２ｎが形成される。
The
この第４の実施形態では、予め単位セル（図示せず）が所定数ずつ積層された２つの積層体を用意し、この２つの積層体が各々の積層開始側単位セル同士を重ね合わせて燃料電池スタックを構成する際に好適である。すなわち、積層方向中央側に比べて、積層方向両端側であるエンドプレート２０ａ、２０ｂ側に寸法のばらつきが大きくなり易い。このため、エンドプレート２０ａ、２０ｂ側の開口部１１２ｎの開口面積を最大に設定することによって、寸法のばらつきを確実に吸収することができる。
In the fourth embodiment, two stacked bodies in which a predetermined number of unit cells (not shown) are stacked in advance are prepared, and the two stacked bodies overlap each other from the stacking start side unit cells. It is suitable when configuring a battery stack. That is, as compared with the central side in the stacking direction, the dimensional variation tends to increase on the
しかも、第４の実施形態では、側板１１０の中央部から両端に向かって開口部１０２ａ〜１０２ｎが設けられており、前記開口部１１２ｎの開口面積は、第１及び第２の実施形態で使用される開口部８０ｎ、１０２ｎの開口面積よりも小さく設定することが可能になる。
In addition, in the fourth embodiment,
図９は、本発明に関連する燃料電池スタック１２０の斜視説明図である。
Figure 9 is a perspective view showing a
燃料電池スタック１２０を構成するケーシング２４の少なくとも一面は、単位セル１２の積層方向に交差する方向（矢印Ｃ方向）に並列される第１及び第２側板１２２、１２４を備える。第１及び第２側板１２２、１２４間には、各単位セル１２毎又は複数の単位セル１２毎にセル電圧を検出するセル電圧端子３５に対応する間隙１２６が、前記単位セル１２の積層方向に沿って設けられる。
At least one surface of the
このように構成される燃料電池スタック１２０では、第１及び第２側板１２２、１２４間に所定の間隙１２６を設けるだけでよい。これにより、第１及び第２側板１２２、１２４の形状自由度が向上し、前記第１及び第２側板１２２、１２４の剛性が容易に高められるとともに、形状が簡素化して経済的であるという効果が得られる。
In the
１０、９０、１２０…燃料電池スタック
１２…単位セル １４…積層体
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８…絶縁プレート ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２２…スペーサ部材 ２４、９４…ケーシング
３０…電解質膜・電極構造体 ３２、３４…金属セパレータ
３５、３５ａ…セル電圧端子 ４２…固体高分子電解質膜
４４…アノード側電極 ４６…カソード側電極
４８…燃料ガス流路 ５０…冷却媒体流路
５２…酸化剤ガス流路
６０ａ〜６０ｄ、１００、１１０、１２２、１２４…側板
６２ａ〜６２ｄ…アングル部材 ６４ａ、６４ｂ…連結ピン
８０ａ〜８０ｎ、９６ａ〜９６ｎ、１０２ａ〜１０２ｎ、１１２ａ〜１１２ｎ…開口部
８２、９８…セル電圧検出器 １２６…間隙
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ケーシングの少なくとも一の面には、各単位セル毎又は複数の単位セル毎にセル電圧を検出するために、所望のセル電圧端子に対応する複数の開口部が、前記単位セルの積層方向に沿って設けられるとともに、
前記複数の開口部は、積層方向一端側から他端側に向かって開口面積が大きくなるように設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell stack comprising a unit cell in which a pair of electrodes provided on both sides of an electrolyte is sandwiched between separators, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked is housed in a box-shaped casing. And
In at least one surface of the casing, a plurality of openings corresponding to desired cell voltage terminals are provided in the stacking direction of the unit cells in order to detect a cell voltage for each unit cell or for each unit cell. Along the line,
The fuel cell stack, wherein the plurality of openings are set so that an opening area increases from one end side to the other end side in the stacking direction .
前記ケーシングの少なくとも一の面には、各単位セル毎又は複数の単位セル毎にセル電圧を検出するために、所望のセル電圧端子に対応する複数の開口部が、前記単位セルの積層方向に沿って設けられるとともに、
前記複数の開口部は、積層方向中央側から両端側に向かって開口面積が大きくなるように設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 A pair of electrodes provided on both sides of the electrolyte electrolyte electrode assembly, comprising a unit cell is sandwiched by a separator, Oh in the fuel cell stack to accommodate a stack of the unit cells are stacked in a box-shaped casing in Tsu,
In at least one surface of the casing, a plurality of openings corresponding to desired cell voltage terminals are provided in the stacking direction of the unit cells in order to detect a cell voltage for each unit cell or for each unit cell. Along the line,
The fuel cell stack, wherein the plurality of openings are set so that an opening area increases from a center side in a stacking direction toward both end sides.
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