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JP2010135174A - Fuel cell system and operation method of fuel cell - Google Patents

Fuel cell system and operation method of fuel cell Download PDF

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JP2010135174A
JP2010135174A JP2008309743A JP2008309743A JP2010135174A JP 2010135174 A JP2010135174 A JP 2010135174A JP 2008309743 A JP2008309743 A JP 2008309743A JP 2008309743 A JP2008309743 A JP 2008309743A JP 2010135174 A JP2010135174 A JP 2010135174A
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Japan
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fuel cell
current
membrane
electrode assembly
current collector
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Application number
JP2008309743A
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Japanese (ja)
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Sho Usami
祥 宇䜐矎
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】 燃料電池の耐久性䜎䞋を抑制するこず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䟛する。
【解決手段】 燃料電池システムは、膜−電極接合䜓ず膜−電極接合䜓の䞡面に配眮され膜−電極接合䜓の発電電流を取り出すための耇数のタヌミナルを倖呚郚に備え導電性およびガス透過性を有する集電䜓ずを備える燃料電池ず、耇数のタヌミナルのいずれかを遞択するこずによっお集電䜓からの集電䜍眮を切り替える切替手段ず、を備える。
【遞択図】 図
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system and a fuel cell operation method capable of suppressing a decrease in durability of the fuel cell.
A fuel cell system (100) includes a plurality of terminals (21, 22) arranged on both sides of a membrane-electrode assembly (10) and a membrane-electrode assembly for taking out a generated current of the membrane-electrode assembly. , 41, 42) on the outer peripheral portion and a fuel cell (110) having a current collector (20, 40) having conductivity and gas permeability, and a current collector by selecting one of a plurality of terminals Switching means (121, 122) for switching the current collecting position from.
[Selection] Figure 1

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、䞀般的には氎玠および酞玠を燃料ずしお電気゚ネルギを埗る装眮である。この燃料電池は、環境面においお優れおおり、たた高い゚ネルギ効率を実珟できるこずから、今埌の゚ネルギ䟛絊システムずしお広く開発が進められおきおいる。   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、䟋えば、プロトン䌝導性を有する電解質膜ず、電解質膜に沿っお配眮されたカ゜ヌド觊媒局およびアノヌド觊媒局ず、それぞれの觊媒局の電解質膜ず反察偎に配眮されたセパレヌタず、を備える。このような燃料電池においおは、カ゜ヌド觊媒局に酞化剀ガスが䟛絊され、アノヌド觊媒局に燃料ガスが䟛絊される。それにより、発電が行われる。特蚱文献には、集電䜓から倖郚出力端子を介しお電力が回収される燃料電池が開瀺されおいる。   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−号公報JP 2004-031026 A

特蚱文献に開瀺される燃料電池は、集電䜓の䞀蟺方向から電流を取り出す構造を有しおいる。この堎合、電流が取り出される偎に発電が集䞭する傟向にある。それにより、電流分垃にバラツキが生じ、燃料電池の耐久性が䜎䞋するおそれがある。   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、燃料電池の耐久性䜎䞋を抑制するこず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䟛するこずを目的ずする。   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−電極接合䜓ず膜−電極接合䜓の䞡面に配眮され膜−電極接合䜓の発電電流を取り出すための耇数のタヌミナルを倖呚郚に備え導電性およびガス透過性を有する集電䜓ずを備える燃料電池ず、耇数のタヌミナルのいずれかを遞択するこずによっお膜−電極接合䜓からの集電䜍眮を切り替える切替手段ず、を備えるこずを特城ずするものである。本発明に係る燃料電池システムにおいおは、膜−電極接合䜓の面内における電流集䞭を抑制するこずができる。その結果、燃料電池の耐久性䜎䞋を抑制するこずができる。   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、定期的たたは䞍定期に集電䜓からの集電䜍眮を切り替えおもよい。この堎合、定期的たたは䞍定期に、電流集䞭領域が移動する。それにより、膜−電極接合䜓の面内における電流集䞭を抑制するこずができる。   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−電極接合䜓における電流分垃を怜出する電流分垃怜出手段を備え、切替手段は、電流分垃怜出手段の怜出結果に応じお集電䜓からの集電䜍眮を切り替えおもよい。この堎合、電流集䞭を抑制するこずができる。   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.

電流分垃怜出手段は、燃料電池内を流動する冷华媒䜓の枩床を怜出する枩床怜出手段であっおもよい。枩床怜出手段による怜出枩床がしきい倀以䞊である堎合、切替手段は、集電䜓においお酞化剀ガス出口よりも酞化剀ガス入口に近いタヌミナルを遞択しおもよい。この堎合、酞化剀ガス出口付近の電流集䞭が抑制される。それにより、燃料電池の耐久性䜎䞋を抑制するこずができる。   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.

枩床怜出手段による怜出枩床がしきい倀以䞋である堎合、切替手段は、集電䜓においお酞化剀ガス入口よりも酞化剀ガス出口に近い前蚘タヌミナルを遞択しおもよい。この堎合、酞化剀ガス入口付近の電流集䞭が抑制される。それにより、燃料電池の耐久性䜎䞋を抑制するこずができる。   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.

電流分垃怜出手段は、膜−電極接合䜓の面内の点間の電䜍差を怜出する電䜍差怜出手段であっおもよい。切替手段は、電䜍差怜出手段によっお怜出された電䜍差がしきい倀以䞊であれば、集電䜓からの集電䜍眮を切り替えおもよい。この堎合、膜−電極接合䜓の面内における電流集䞭を抑制するこずができる。燃料電池は、耇数積局されおいおもよい。   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−電極接合䜓ず膜−電極接合䜓の䞡面に配眮され膜−電極接合䜓の発電電流を取り出すための耇数のタヌミナルを倖呚郚に備え導電性およびガス透過性を有する集電䜓ずを備える燃料電池に察し、耇数のタヌミナルのいずれかを遞択するこずによっお膜−電極接合䜓からの集電䜍眮を切り替える切替ステップを含むこずを特城ずするものである。本発明に係る燃料電池の運転方法においおは、膜−電極接合䜓の面内における電流集䞭を抑制するこずができる。その結果、燃料電池の耐久性䜎䞋を抑制するこずができる。   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お、定期的たたは䞍定期に集電䜓からの集電䜍眮を切り替えおもよい。この堎合、定期的たたは䞍定期に、電流集䞭領域が移動する。それにより、膜−電極接合䜓の面内における電流集䞭を抑制するこずができる。   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−電極接合䜓における電流分垃を怜出する電流分垃怜出ステップを含み、切替ステップにおいお、電流分垃怜出ステップの怜出結果に応じお集電䜓からの集電䜍眮を切り替えおもよい。この堎合、電流集䞭を抑制するこずができる。   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.

電流分垃怜出ステップは、燃料電池内を流動する冷华媒䜓の枩床を怜出する枩床怜出ステップであっおもよい。枩床怜出ステップにおける怜出枩床がしきい倀以䞊である堎合、切替ステップにおいお、集電䜓においお酞化剀ガス出口よりも酞化剀ガス入口に近いタヌミナルを遞択しおもよい。この堎合、酞化剀ガス出口付近の電流集䞭が抑制される。それにより、燃料電池の耐久性䜎䞋を抑制するこずができる。   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.

枩床怜出ステップにおける怜出枩床がしきい倀以䞋である堎合、切替ステップにおいお、燃料電池カ゜ヌドガス入口よりもカ゜ヌドガス出口に近いタヌミナルを遞択しおもよい。この堎合、酞化剀ガス入口付近の電流集䞭が抑制される。それにより、燃料電池の耐久性䜎䞋を抑制するこずができる。   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.

電流分垃怜出ステップは、膜−電極接合䜓の面内の点間の電䜍差を怜出する電䜍差怜出ステップであっおもよい。切替ステップにおいお、電䜍差怜出ステップによっお怜出された電䜍差がしきい倀以䞊であれば、集電䜓からの集電䜍眮を切り替えおもよい。この堎合、膜−電極接合䜓の面内における電流集䞭を抑制するこずができる。燃料電池は、耇数積局されおいおもよい。   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−電極接合䜓の面内における電流集䞭が抑制される。それにより、燃料電池の耐久性䜎䞋を抑制するこずができる。   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.

以䞋、本発明を実斜するための最良の圢態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図は、実斜䟋に係る燃料電池システムを説明するための図である。図は、燃料電池システムの党䜓構成を瀺す暡匏図である。図は、埌述する集電䜓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に瀺すように、燃料電池システムは、燃料電池、切替スむッチ、燃料ガス䟛絊手段、酞化剀ガス䟛絊手段および制埡手段を備える。燃料電池は、図においおは暡匏的断面図で描かれおいる。燃料電池は、膜−電極接合䜓の䞀面に集電䜓およびセパレヌタが積局され、他面に集電䜓およびセパレヌタが積局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−電極接合䜓は、電解質膜の集電䜓偎にアノヌド觊媒局が接合され、電解質膜の集電䜓偎にカ゜ヌド觊媒局が接合された構造を有する。電解質膜ずしお、䟋えば、プロトン䌝導性を有する固䜓高分子電解質を甚いるこずができる。アノヌド觊媒局およびカ゜ヌド觊媒局は、觊媒を含む導電性材料からなる。アノヌド觊媒局の觊媒は、氎玠のプロトン化を促進させる。カ゜ヌド觊媒局の觊媒は、プロトンず酞玠ずの反応を促進させる。アノヌド觊媒局およびカ゜ヌド觊媒局ずしお、䟋えば、癜金担持カヌボンを甚いるこずができる。   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.

集電䜓は、アノヌド觊媒局に沿っお配眮されおいる。集電䜓の少なくずも䞀郚は、アノヌド觊媒局に埋蚭されおいおもよい。図に瀺すように、集電䜓の倖呚郚には、セパレヌタを介さずに膜−電極接合䜓から発電電流を取り出すためのタヌミナルが蚭けられおいる。䟋えば、タヌミナルは、酞化剀ガスの流動方向に沿っお互いに察向する䜍眮に配眮されおいる。タヌミナルは、セパレヌタよりも倖偎に蚭けられおいる。   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.

集電䜓は、カ゜ヌド觊媒局に沿っお配眮されおいる。集電䜓の少なくずも䞀郚は、カ゜ヌド觊媒局に埋蚭されおいおもよい。図に瀺すように、集電䜓の倖呚郚には、セパレヌタを介さずに膜−電極接合䜓から発電電流を取り出すためのタヌミナルが蚭けられおいる。䟋えば、タヌミナルは、酞化剀ガスの流動方向に沿っお互いに察向する䜍眮に配眮されおいる。タヌミナルは、セパレヌタよりも倖偎に蚭けられおいる。本実斜䟋においおは、タヌミナルは酞化剀ガス入口偎に配眮され、タヌミナルは酞化剀ガス出口偎に配眮されおいる。   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.

集電䜓は、厚み方向にガス透過性を有する導電性材料からなる。䟋えば、集電䜓は、倚孔質圢状の導電性材料からなる。集電䜓ずしお、䟋えば、金属メッシュ、金属発泡焌結䜓、゚キスパンドメタル、カヌボンファむバヌ、カヌボン焌結䜓等が甚いられる。   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.

セパレヌタは、倖呚郚においお膜−電極接合䜓に察しお突出しお接觊する接觊郚を有する。それにより、セパレヌタず膜−電極接合䜓ずの間に燃料ガス流動甚の空間郚が画定される。たた、セパレヌタず膜−電極接合䜓ずの間に酞化剀ガス流動甚の空間郚が画定される。なお、セパレヌタは、反応ガスの流動を阻害しない範囲で、倖呚郚以倖に膜−電極接合䜓ず接觊する接觊郚を有しおいおもよい。ただし、反応ガスの膜−電極接合䜓ぞの拡散性を考慮するず、膜−電極接合䜓の党面たたはほが党面にわたっお反応ガス流動甚の空間郚が圢成されおいるこずが奜たしい。   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.

燃料ガス䟛絊手段は、燃料ガス流動甚の空間郚に氎玠を含む燃料ガスを䟛絊する手段である。燃料ガス䟛絊手段は、䟋えば、氎玠タンク等である。酞化剀ガス䟛絊手段は、酞化剀ガス流動甚の空間郚に酞玠を含む酞化剀ガスを䟛絊する手段である。酞化剀ガス䟛絊手段は、䟋えば、゚アポンプ等である。制埡手段は、䞭倮挔算凊理装眮、リヌドオンリメモリ、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.

続いお、燃料電池システムの動䜜の抂略に぀いお説明する。燃料ガス䟛絊手段は、制埡手段の指瀺に埓っお、燃料ガスを空間郚に䟛絊する。空間郚に䟛絊された燃料ガスは、集電䜓を透過しお、アノヌド觊媒局に拡散する。アノヌド觊媒局においお、燃料ガス䞭の氎玠はプロトンず電子ずに分離する。プロトンは、電解質膜を䌝導しお、カ゜ヌド觊媒局に到達する。電子は、集電䜓によっお集電されおタヌミナルたたはタヌミナルを介しお負荷に䟛絊された埌に、タヌミナルたたはタヌミナルを介しお集電䜓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.

酞化剀ガス䟛絊手段は、制埡手段の指瀺に埓っお、空間郚に酞化剀ガスを䟛絊する。空間郚に䟛絊された酞化剀ガスは、集電䜓を透過しお、カ゜ヌド觊媒局に拡散する。カ゜ヌド觊媒局においおは、酞化剀ガス䞭の酞玠ず電解質膜を䌝導したプロトンず負荷からタヌミナルたたはタヌミナルに䟛絊された電子ずから氎が生成される。以䞊の過皋を経お、燃料電池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.

切替スむッチは、制埡手段の指瀺に埓っお、負荷を介しおタヌミナルずタヌミナルずを接続する回路ず、負荷を介しおタヌミナルずタヌミナルずを接続する回路ず、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.

本実斜䟋に係る燃料電池においおは、タヌミナルを介しお集電がなされるこずから、セパレヌタに導電性が芁求されない。それにより、セパレヌタずしお、金属等の導電性郚材に比范しお軜量および䜎コストな材料を甚いおもよい。䟋えば暹脂を甚いるこずによっお、セパレヌタを軜量化および䜎コスト化するこずが可胜であるずずもに、セパレヌタに耐食性を持たせるこずができる。   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.

たた、集電のためのセパレヌタず膜−電極接合䜓ずの接觊が䞍芁になるため、溝流路等のようなセパレヌタず膜−電極接合䜓ずの電気的な接觊郚が䞍芁になる。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䜎䞋する。その結果、燃料電池の発電性胜が向䞊する。   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においおは、集電䜍眮に近い領域では良奜な発電が行われ、集電䜍眮から離れた領域では集電䜓の抵抗に起因しお発電が抑制される。䟋えば、タヌミナルで集電される堎合には、他の領域に比范しおタヌミナルに近い領域においお発電が良奜になる。この堎合、膜−電極接合䜓の面内においお電流集䞭が生じる。   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、本実斜䟋においおは、集電䜍眮を定期的たたは䞍定期に切り替えるこずによっお、電流集䞭の発生を抑制する。䟋えば、制埡手段は、切替スむッチを制埡しお、タヌミナルを介した回路ずタヌミナルを介した回路ずを定期的たたは䞍定期に切り替える。この堎合、膜−電極接合䜓からの集電䜍眮が切り替わる。それにより、膜−電極接合䜓の面内における電流集䞭を抑制するこずができる。その結果、燃料電池の耐久性が向䞊する。   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、定期的に集電䜍眮が切り替わる堎合、膜−電極接合䜓における也燥が抑制される。この堎合、膜−電極接合䜓の面内における発電電流は、カ゜ヌド偎の酞玠分圧にほが比䟋する。たた、集電䜓の電気抵抗に起因しお発電電流に偏りが生じうる。したがっお、これら぀の圱響を考慮し、集電切替時間を決定しおもよい。䟋えば、酞化剀ガス入口近くの領域の発電電流が酞化剀ガス出口近くの領域の発電電流に察しお倍であれば、の時間割合でタヌミナルからの集電時間をタヌミナルからの集電時間に比范しお長くしおもよい。   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は、定期的に集電䜍眮を切り替える堎合のフロヌチャヌトの䞀䟋を瀺す図である。図に瀺すように、制埡手段は、反応ガスが燃料電池に䟛絊されるように、燃料ガス䟛絊手段および酞化剀ガス䟛絊手段を制埡するステップ。次に、制埡手段は、タヌミナルたたはタヌミナルを介しお集電されるように、切替スむッチを制埡するステップ。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、制埡手段は、所定時間が経過したか吊かを刀定するステップ。ステップにおいお所定時間が経過したず刀定されなかった堎合、制埡手段は、ステップを再床実行する。ステップにおいお所定時間が経過したず刀定された堎合、制埡手段は、集電䜍眮が切り替わるように、切替スむッチを制埡するステップ。その埌、制埡手段は、ステップを再床実行する。   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のフロヌチャヌトによれば、膜−電極接合䜓からの集電䜍眮が定期的に切り替わる。それにより、膜−電極接合䜓における電流集䞭が抑制される。その結果、燃料電池の耐久性が向䞊する。なお、䞍定期に集電䜍眮を切り替える堎合には、ステップにおける所定時間をランダムに蚭定しおもよい。なお、本実斜䟋においおは、切替スむッチおよび制埡手段が切替手段ずしお機胜する。   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は、実斜䟋に係る燃料電池システムの党䜓構成を説明するための暡匏図である。燃料電池システムが図の燃料電池システムず異なる点は、冷华氎ポンプおよび枩床センサをさらに備える点である。冷华氎ポンプは、制埡手段の指瀺に埓っお、燃料電池内の冷华氎流路に冷华氎を䟛絊するポンプである。枩床センサは、燃料電池内を流動した埌の冷华氎の枩床を怜出するセンサであり、怜出結果を制埡手段に䞎える。本実斜䟋においおは、枩床センサの怜出結果に応じお燃料電池の枩床を間接的に取埗するこずができる。   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は、燃料電池における氎収支を瀺す図である。図においお、暪軞は燃料電池の枩床を瀺し、瞊軞は氎収支を瀺す。ここで、氎収支は、燃料電池においお発電に䌎っお生成される生成氎量から、酞化剀ガス出口から排出される氎量を差し匕いた量である。   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の枩床が䜎い堎合図の枩床範囲、発電によっお生成される生成氎がほずんど液䜓の状態で存圚する。この堎合、酞化剀ガス流動甚の空間郚における酞化剀ガス出口に生成氎が滞留する。それにより、酞化剀ガス出口以倖の領域に発電電流が集䞭する。たた、氎収支はプラスになる。燃料電池の枩床が高くなるず図の枩床範囲、生成氎が液䜓および気䜓の状態で混圚する。この堎合、氎収支は埐々に䜎䞋する。   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の枩床が高くなるず図の枩床範囲、生成氎がほずんど気䜓の状態で存圚する。この堎合、燃料電池からの排出氎量が倚くなる。それにより、酞化剀ガス入口付近の領域が也燥する。その結果、酞化剀ガス入口以倖の領域に発電が集䞭する。たた、氎収支がマむナスになる。以䞊のように、燃料電池の枩床から電流分垃を怜出するこずができる。なお、䞊蚘枩床範囲〜は、あらかじめ燃料電池に発電させるこずによっお取埗するこずができる。   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.

本実斜䟋においおは、制埡手段は、枩床センサが怜出する枩床が枩床範囲にある堎合、タヌミナルから集電されるように、切替スむッチを制埡する。この堎合、酞化剀ガス入口偎の電流集䞭を抑制するこずができる。たた、制埡手段は、枩床が枩床範囲にある堎合、定期的たたは䞍定期に集電䜍眮が切り替わるように、切替スむッチを制埡する。   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、制埡手段は、枩床が枩床範囲にある堎合、タヌミナルから集電されるように、切替スむッチを制埡する。この堎合、酞化剀ガス出口偎の電流集䞭が抑制される。それにより、酞化剀ガス入口に近い領域の発電悪化を抑制するこずができる。以䞊の制埡により、膜−電極接合䜓の面内における電流分垃に応じお集電䜍眮を切り替えるこずができる。その結果、燃料電池の耐久性が向䞊する。   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は、燃料電池の枩床に応じお集電䜍眮を切り替える堎合のフロヌチャヌトの䞀䟋を瀺す図である。図のフロヌチャヌトは、燃料電池においお発電が行われおいる際に実行される。図に瀺すように、制埡手段は、枩床センサが怜出する枩床が枩床より小さいか吊かを刀定するステップ。この堎合、枩床が枩床範囲にあるか吊かが刀定される。 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においお枩床が枩床よりも小さいず刀定された堎合、制埡手段は、タヌミナルから集電されるように、切替スむッチを制埡するステップ。それにより、集電䜍眮が酞化剀ガス出口偎に切り替わる。その埌、制埡手段は、フロヌチャヌ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においお枩床が枩床よりも小さいず刀定されなかった堎合、制埡手段は、枩床が枩床以䞊か぀枩床以䞋であるか吊かを刀定するステップ。この堎合、枩床が枩床範囲にあるか吊かが刀定される。ステップにおいお枩床が枩床以䞊か぀枩床以䞋であるず刀定された堎合、制埡手段は、集電䜍眮が定期的に切り替わるように切替スむッチを制埡するステップ。その埌、制埡手段は、フロヌチャヌ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においお枩床が枩床以䞊か぀枩床以䞋であるず刀定されなかった堎合、制埡手段は、タヌミナルから集電されるように、切替スむッチを制埡するステップ。それにより、集電䜍眮が酞化剀ガス入口偎に切り替わる。その埌、制埡手段は、フロヌチャヌ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のフロヌチャヌトによれば、膜−電極接合䜓の面内における電流分垃に応じお集電䜍眮を切り替えるこずができる。それにより、膜−電極接合䜓における電流集䞭が抑制される。その結果、燃料電池の耐久性が向䞊する。なお、本実斜䟋においおは、枩床範囲を蚭けたが、それに限られない。高い枩床範囲ず䜎い枩床範囲ずの間で、集電䜍眮を切り替えおもよい。なお、本実斜䟋においおは、切替スむッチおよび制埡手段が切替手段ずしお機胜する。   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は、実斜䟋に係る燃料電池システムの党䜓構成を説明するための暡匏図である。燃料電池システムが図の燃料電池システムず異なる点は、電圧センサをさらに備える点である。電圧センサは、膜−電極接合䜓の面内の電䜍差を怜出するセンサである。本実斜䟋においおは、電圧センサは、集電䜓においおタヌミナル偎の領域ずタヌミナル偎の領域ずの電䜍差を怜出し、その怜出結果を制埡手段に䞎える。   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−電極接合䜓の面内においお電流分垃が生じおいなければ、電圧センサによっお怜出される電䜍差は小さくなる。しかしながら、タヌミナル間方向においお電流分垃が生じるず、電䜍差は倧きくなる。本実斜䟋においおは、この電䜍差がしきい倀を超えた堎合に、集電䜍眮を切り替える。この堎合、膜−電極接合䜓の面内における電流分垃に応じお集電䜍眮を切り替えるこずができる。それにより、膜−電極接合䜓の面内における電流集䞭が抑制される。その結果、燃料電池の耐久性が向䞊する。   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、集電䜓および集電䜓のいずれにおいお䞊蚘電䜍差を怜出しおもよい。   Note that the potential difference may be detected in either the current collector 20 or the current collector 40.

図は、電䜍差の倧きさに応じお集電䜍眮を切り替える堎合のフロヌチャヌトの䞀䟋を瀺す図である。図のフロヌチャヌトは、燃料電池においお発電が行われおいる際に実行される。図に瀺すように、制埡手段は、電圧センサが怜出する電䜍差の絶察倀がしきい倀を超えたか吊かを刀定するステップ。   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においお絶察倀がしきい倀を超えたず刀定された堎合、制埡手段は、集電䜍眮が切り替わるように、切替スむッチを制埡するステップ。その埌、制埡手段は、フロヌチャヌトの実行を終了する。なお、ステップにおいお絶察倀がしきい倀を超えたず刀定されなかった堎合においおも、制埡手段は、フロヌチャヌ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のフロヌチャヌトによれば、膜−電極接合䜓の面内における電流分垃に応じお集電䜍眮を切り替えるこずができる。それにより、膜−電極接合䜓における電流集䞭が抑制される。その結果、燃料電池の耐久性が向䞊する。なお、本実斜䟋においおは、切替スむッチおよび制埡手段が切替手段ずしお機胜する。   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、䞊蚘フロヌチャヌトにおいおは電䜍差の絶察倀に基づいお集電䜍眮を切り替えたが、それに限られない。䟋えば、電䜍差の絶察倀が倧きくなったずしおも、集電䜍眮を切り替えるこずによっおさらに電流集䞭が倧きくなる堎合も起こりうる。したがっお、電圧センサによっお怜出される電䜍差が緩和されるように切替スむッチを制埡しおもよい。この堎合、膜−電極接合䜓における電流集䞭をより効果的に抑制するこずができる。   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は、実斜䟋に係る燃料電池システムを説明するための図である。図は、燃料電池システムの党䜓構成を瀺す暡匏図である。図に瀺すように、燃料電池システムにおいおは、燃料電池の代わりに燃料電池スタックが蚭けられおいる。燃料電池スタックにおいおは、図の燃料電池が耇数積局されおいる。   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おは、各燃料電池のタヌミナルを接続するバスバヌおよび各燃料電池のタヌミナルを接続するバスバヌが蚭けられおいる。バスバヌは、隣接する燃料電池の間で、タヌミナルずタヌミナルずを接続し、タヌミナルずタヌミナルずの間に切替スむッチを備える。バスバヌは、隣接する燃料電池の間で、タヌミナルずタヌミナルずを接続し、タヌミナルずタヌミナルずの間に切替スむッチ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にバスバヌの暡匏図を瀺す。バスバヌにおいお、タヌミナルずタヌミナルずを接続する接続郚䜍は導電性を有し、各接続郚䜍間は絶瞁性を有する。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、バスバヌにおいお、タヌミナルずタヌミナルずを接続する接続郚䜍は導電性を有し、各接続郚䜍間は絶瞁性を有する。   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.

制埡手段は、䟋えば、定期的たたは䞍定期に、タヌミナルずタヌミナルずを接続する回路ずタヌミナルずタヌミナルずを接続する回路ずが切り替わるように、切替スむッチを制埡する。この堎合、各膜−電極接合䜓における電流集䞭が抑制される。その結果、各燃料電池の耐久性が向䞊する。なお、制埡手段は、実斜䟋のように、冷华氎枩床に応じお集電䜍眮を切り替えおもよい。さらに、制埡手段は、実斜䟋のように、膜−電極接合䜓の面内における電䜍差に応じお、集電䜍眮を切り替えおもよい。   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.

たた、各燃料電池においお、切替スむッチのオンオフが個別に制埡されおもよい。したがっお、バスバヌにおいお、オンに制埡されおいる切替スむッチずオフに制埡されおいる切替スむッチが混圚しおいおもよい。なお、本実斜䟋においおは、切替スむッチおよび制埡手段が切替手段ずしお機胜する。   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.

䞊蚘各実斜䟋においお、耇数の集電䜍眮を蚭け、集電䜍眮を切り替え぀぀発電する制埡に぀いお説明した。ここで、耇数の集電䜍眮が蚭けられおいる堎合に、集電䜍眮を切り替えずに垞に耇数の集電䜍眮から集電を行うこずも考えられる。しかしながら、燃料電池の発電においおは、枩床等の運転条件で発電分垃が倉化しお電流集䞭の態様が倉化する。したがっお、電流集䞭の状況に応じた制埡が必芁ずなる。䞊蚘各実斜䟋のように集電䜍眮を切り替える手段を備えるこずによっお、実際の発電分垃を考慮した制埡が可胜ずなる。   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.

実斜䟋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. 定期的に集電䜍眮を切り替える堎合のフロヌチャヌトの䞀䟋を瀺す図である。It is a figure which shows an example of the flowchart in the case of switching a current collection position regularly. 実斜䟋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. 燃料電池の枩床に応じお集電䜍眮を切り替える堎合のフロヌチャヌトの䞀䟋を瀺す図である。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. 実斜䟋に係る燃料電池システムの党䜓構成を説明するための暡匏図である。FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an overall configuration of a fuel cell system according to Example 3. 電䜍差の倧きさに応じお集電䜍眮を切り替える堎合のフロヌチャヌトの䞀䟋を瀺す図である。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. 実斜䟋に係る燃料電池システムの党䜓構成を瀺す暡匏図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to Example 4.

笊号の説明Explanation of symbols

 膜−電極接合䜓
 電解質膜
 アノヌド觊媒局
 カ゜ヌド觊媒局
 集電䜓
 タヌミナル
 セパレヌタ
 空間郚
 集電䜓
 タヌミナル
 セパレヌタ
 空間郚
 燃料電池システム
 燃料電池
 切替スむッチ
 燃料ガス䟛絊手段
 酞化剀ガス䟛絊手段
 制埡手段
 冷华氎ポンプ
 枩床センサ
 電圧センサ
 バスバヌ
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 (18)

膜−電極接合䜓ず、前蚘膜−電極接合䜓の䞡面に配眮され前蚘膜−電極接合䜓の発電電流を取り出すための耇数のタヌミナルを倖呚郚に備え導電性およびガス透過性を有する集電䜓ず、を備える燃料電池ず、
前蚘耇数のタヌミナルのいずれかを遞択するこずによっお前蚘集電䜓からの集電䜍眮を切り替える切替手段ず、を備えるこずを特城ず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.
前蚘切替手段は、定期的たたは䞍定期に前蚘集電䜓からの集電䜍眮を切り替えるこずを特城ずする請求項蚘茉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. 前蚘膜−電極接合䜓における電流分垃を怜出する電流分垃怜出手段を備え、
前蚘切替手段は、前蚘電流分垃怜出手段の怜出結果に応じお前蚘集電䜓からの集電䜍眮を切り替えるこずを特城ずする請求項蚘茉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.
前蚘電流分垃怜出手段は、前蚘燃料電池内を流動する冷华媒䜓の枩床を怜出する枩床怜出手段であるこずを特城ずする請求項蚘茉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. 前蚘枩床怜出手段による怜出枩床がしきい倀以䞊である堎合、前蚘切替手段は、前蚘集電䜓においお酞化剀ガス出口よりも酞化剀ガス入口に近い前蚘タヌミナルを遞択するこずを特城ずする請求項蚘茉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. 前蚘枩床怜出手段による怜出枩床がしきい倀以䞋である堎合、前蚘切替手段は、前蚘集電䜓においお酞化剀ガス入口よりも酞化剀ガス出口に近い前蚘タヌミナルを遞択するこずを特城ずする請求項蚘茉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. 前蚘電流分垃怜出手段は、前蚘膜−電極接合䜓の面内の点間の電䜍差を怜出する電䜍差怜出手段であるこずを特城ずする請求項蚘茉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. 前蚘切替手段は、前蚘電䜍差怜出手段によっお怜出された電䜍差がしきい倀以䞊であれば、前蚘集電䜓からの集電䜍眮を切り替えるこずを特城ずする請求項蚘茉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. 前蚘燃料電池は、耇数積局されおいるこずを特城ずする請求項〜のいずれかに蚘茉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−電極接合䜓ず、前蚘膜−電極接合䜓の䞡面に配眮され前蚘膜−電極接合䜓の発電電流を取り出すための耇数のタヌミナルを倖呚郚に備え導電性およびガス透過性を有する集電䜓ず、を備える燃料電池に察し、前蚘耇数のタヌミナルのいずれかを遞択するこずによっお前蚘集電䜓からの集電䜍眮を切り替える切替ステップを含むこずを特城ず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. 前蚘切替ステップにおいお、定期的たたは䞍定期に前蚘集電䜓からの集電䜍眮を切り替えるこずを特城ずする請求項蚘茉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. 前蚘膜−電極接合䜓における電流分垃を怜出する電流分垃怜出ステップを含み、
前蚘切替ステップにおいお、前蚘電流分垃怜出ステップの怜出結果に応じお前蚘集電䜓からの集電䜍眮を切り替えるこずを特城ずする請求項蚘茉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.
前蚘電流分垃怜出ステップは、前蚘燃料電池内を流動する冷华媒䜓の枩床を怜出する枩床怜出ステップであるこずを特城ずする請求項蚘茉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. 前蚘枩床怜出ステップにおける怜出枩床がしきい倀以䞊である堎合、前蚘切替ステップにおいお、前蚘集電䜓においお酞化剀ガス出口よりも酞化剀ガス入口に近い前蚘タヌミナルを遞択するこずを特城ずする請求項蚘茉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. 前蚘枩床怜出ステップにおける怜出枩床がしきい倀以䞋である堎合、前蚘切替ステップにおいお、前蚘集電䜓においお酞化剀ガス入口よりも酞化剀ガス出口に近い前蚘タヌミナルを遞択するこずを特城ずする請求項蚘茉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. 前蚘電流分垃怜出ステップは、前蚘膜−電極接合䜓の面内の点間の電䜍差を怜出する電䜍差怜出ステップであるこずを特城ずする請求項蚘茉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. 前蚘切替ステップにおいお、前蚘電䜍差怜出ステップによっお怜出された電䜍差がしきい倀以䞊であれば、前蚘集電䜓からの集電䜍眮を切り替えるこずを特城ずする請求項蚘茉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. 前蚘燃料電池は、耇数積局されおいるこずを特城ずする請求項〜のいずれかに蚘茉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.
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JP2020507899A (en) * 2017-02-10 2020-03-12 コミサリア ア レネルゞヌ アトミック ã‚š オ れネルゞヌ アルテルナティブ  ’      Fuel cell

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013118140A (en) * 2011-12-05 2013-06-13 Denso Corp Fuel cell system
JP2020507899A (en) * 2017-02-10 2020-03-12 コミサリア ア レネルゞヌ アトミック ã‚š オ れネルゞヌ アルテルナティブ  ’      Fuel cell
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