CN101009383A - 燃料电池和燃料电池连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池和燃料电池连接器。该连接器包括：壳体，该壳体具有在前表面与后表面之间的整个宽度上形成于第一侧面的上半部的第一突出部，和形成于与所述第一侧面相对的第二侧面的下半部的第二突出部；安装在所述第一突出部内部的单一检测端子，该单一检测端子能够连接于包含在所述燃料电池中的所述单电池的电极；以及安装在所述壳体的下半部中的至少一个检测端子，该至少一个检测端子能够连接于包含在所述燃料电池中的所述单电池的电极。所述检测端子都以等间隔布置。
Description
相关申请的交叉参照
本申请要求2006年1月25日提交的日本专利申请No.2006-015804的优先权。
技术领域
本发明涉及一种燃料电池和一种燃料电池连接器。
背景技术
安装在电动或混和动力车辆等中的燃料电池是通过将多个发电单元堆叠成多层而形成的，每个所述发电单元都称作电池(单电池)。每个单电池都包括由离子交换膜制成的电解质膜，该离子交换膜在相应侧上由阳极和阴极夹持，并且在其两个外侧处进一步由一对隔板夹持。在隔板上限定有用于将燃料气体(诸如氢气)和氧化剂气体(诸如氧气)分别供给至阳极和阴极的通路。通过该通路供给的燃料气体和氧化剂气体在单电池内部发生发电的化学反应。
对于这样的燃料电池来说，为了控制所供给的燃料和氧化剂气体的量以及为了发现出故障的单电池，对每个单电池的发电状态进行管理是必要的。为了进行这样的管理，监控每个单电池的发电电压以便基于所监控的发电电压执行控制。通常，采用如图12所示的具有壳体10的连接器100，在壳体10中，以与所述多个堆叠的单电池的间隔相等的间隔布置有检测端子。连接器100具有限定于其上部的锁止用接合部12。如图13所示，连接器100安装在燃料电池102中。
燃料电池102具有用于锁止连接器100的钩部20，每个钩部20都沿燃料电池102的上表面A的每个侧边形成。在连接器100从横向侧插入钩部20中时，连接器100的接合部12与钩部20进入接合，并且从而固定于燃料电池102。因此，配备在连接器100中的检测端子与燃料电池102的单电池的隔板电连接。
燃料电池102还具有沿燃料电池102的上表面A的中央部形成的张紧板14，该张紧板14沿单电池堆叠方向延伸。连接于连接器100中每个检测端子的电线18固定于张紧板14，以使得电线18在燃料电池102的上表面A上拉紧。将这些电线18连接至电压传感器等能够测量每个单电池的隔板之间的电位差。
这里，连接器中的检测端子要连接的燃料电池的电极是用碳制成的。当采用碳电极时，考虑到需要提供足够的结构强度等，每个单电池都必须形成得较厚。然而，结合当前燃料电池中使用的单电池的发电效率的提高，存在日益增长的对于更薄单电池的需求，并且通过更薄单电池进行发电成为可能。
图14示出更薄的单电池所伴随的问题。具体地，图14示出相对于连接器插入方向从连接器的后侧或X侧(图12中箭头X指示的一侧)看时的连接器100。如图14所示，更薄的单电池的使用导致产生相邻连接器100的壳体10在空间上相互干涉的部分(图14中的阴影部分)。这阻碍了将连接器100安装得使得燃料电池的所有单电池都连接于连接器100的检测端子。
同时，当将壳体的外壁形成得较薄由此避免这种干涉时，会导致连接器的结构强度不足。这导致连接器制造效率降低和在将连接器安装在燃料电池上期间连接器损坏或破损等问题。
作为避免连接器之间相干涉的另一个解决方案是考虑一种在壳体的上半部和下半部中交替地设置检测端子的结构。然而，这样的结构不能满足使得连接器具有较低高度以确保安装连接器的燃料电池具有最小可行尺寸的要求。
发明内容
本发明涉及一种用于将电线连接于包含在通过堆叠多个单电池形成的燃料电池中的所有单电池的每个电极的连接器。
根据本发明的一个方面，提供了一种连接器，该连接器包括：壳体，该壳体具有形成于第一侧面的上半部的第一突出部和形成于与所述第一侧面相对的第二侧面的下半部的第二突出部；安装在所述第一突出部内的单一检测端子，该单一检测端子能够连接于包含在所述燃料电池中的所述单电池的电极；以及安装在所述壳体的下半部中的至少一个检测端子，该至少一个检测端子能够连接于包含在所述燃料电池中的所述单电池的电极。
附图说明
下面将参照附图详细说明本发明的实施例，其中：
图1是示出本发明一个实施例中的壳体的外观的斜视图(透视图)；
图2是本发明实施例中的壳体的后视图；
图3是本发明实施例中的壳体的正视图(前视图)；
图4是示出本发明实施例中的连接器的内部的斜视图；
图5是示出本发明实施例中的检测端子的外观的斜视图；
图6是示出本发明实施例中连接有电线的连接器的外观的斜视图；
图7是示出本发明实施例中的燃料电池的外观的斜视图；
图8是示出本发明实施例中的安装有连接器的燃料电池的外观的斜视图；
图9是本发明实施例中的燃料电池的连接器安装部的放大斜视图；
图10是示出本发明实施例中的燃料电池的外观的放大图；
图11是本发明实施例中的燃料电池的连接器安装部的后视图；
图12是示出背景技术(相关技术)连接器的外观的斜视图；
图13是安装有根据背景技术的连接器的燃料电池的斜视图；以及
图14是安装有根据背景技术的连接器的燃料电池的后视图。
具体实施方式
在本发明的一个实施例中，燃料电池的连接器200构造成包括树脂壳体30，如图1至3所示。图1是从壳体30的后表面B上方沿对角线看时的连接器200的壳体30的斜视图。图2是从后表面B一侧看时的连接器200的壳体30的后视图。图3是从前表面C一侧看时的连接器200的壳体30的正视图。图4是与图1相对应的斜视图，示出壳体30中的检测端子50的布置。
在壳体30的第一侧面F的上半部上，横跨前表面C与后表面B之间的第一侧面F的整个宽度形成第一突出部46。在壳体30的第二侧面G的下半部上，横跨前表面C与后表面B之间的第二侧面G的整个宽度形成第二突出部48。如图4中的斜视图所示，最外侧的检测端子50a安装在第一突出部46内部，多个检测端子50b至50d从第一侧面F至第二侧面G并排安装在壳体30的下半部内部，而最外侧的检测端子50e安装在第二突出部48内部。检测端子50a至50e中相邻两个之间的间隔都等于稍后说明的燃料电池300的单电池的堆叠节距P。
如图2的后视图所示，在壳体30的后表面B中设有开口40和42，这些开口与上半部中的检测端子50a和下半部中的检测端子50b至50e的布置相对应。如图3的正视图所示，在壳体30的前表面C中设有缝隙44，每个缝隙都通过切去上表面D与下表面E之间的壳体30的部分而形成，并且与检测端子50a至50e的布置相对应。相邻缝隙44之间的间隔都等于下面说明的燃料电池300的单电池的堆叠节距P。
在本实施例中的连接器200中，一个检测端子50a安装在壳体30的上半部中，在壳体30的上半部中留有空间以形成锁止部件34。利用该空间，在壳体30的上半部中形成有杆状锁止部件34。锁止部件34具有向上凸出(凸状)的接合部32(上表面D)。锁止部件34容纳在限定形成于壳体30的上半部中的槽状锁止部件保持部(接纳部)36中。在锁止部件保持部36中锁止部件34的一部分固定于壳体30以便被向上推动。锁止部件34是弹性部件，并与壳体30一体形成。锁止部件34被固定成在没有外力作用时凸状接合部32保持凸出在壳体30上表面D的上方，以及在朝向壳体30的下表面E作用外力时接合部32的上端下降到壳体30的上表面D的下面。
这里，应该注意的是，两个或多个连接器可安装成使得所有端子50的间隔都相等。当例如检测端子50的节距被限定为P，第一突出部(上半部)46中的端子容纳孔的中央与最靠近的壳体横向壁的外表面之间的距离被限定为t1，第二突出部(下半部)48中的端子容纳孔的中央与最靠近的壳体横向壁的外表面之间的距离被限定为t2，最靠近于第一突出部(上半部)46的端子容纳孔(下半部)的中央与最靠近的壳体横向壁的外表面之间的距离被限定为t3，并且t2+t3＜2p时，t1和t2可都被限定得大于P。因此，甚至当设计更小的端子间隔P时，尽管必须考虑端子(容纳孔)的尺寸，但也没必要因此而减小壳体横向壁的厚度。因此，可在确保壳体的要求机械强度的同时使用更小的节距。应该注意的是，整个壁不必为均匀厚度的。也就是说，在实际中，局部较厚的横向壁就可提供足够的机械强度。仅供参考，应该注意的是，均具有单排端子50的两个或多个连接器的布置受到与端子间隔P和壳体横向壁t的厚度有关的P≥2t的限制。
还应该注意的是，锁止部件34和锁止部件保持部36的结构不局限于以上所述的结构，并且可采用下面说明的能够可靠地将连接器200固定于燃料电池300的任何结构。
检测端子50是用高导电性弹性材料制成的，诸如金属等，通常使用铜合金。检测端子50被构造成包括用于连接电线的电线压接部52以及用于连接于稍后说明的燃料电池300的电极的电极接触部54，如图5所示。电线压接部52包括绝缘筒52a和线筒(线压接部)52b。绝缘筒52a通过绝缘材料接纳并压接电线；线筒52b通过剥离掉的绝缘覆层接纳并压接导线。
电极接触部54包括两个相对的具有扁平矩形形状的条带(弹性)接触部54a和54b。优选地，接触部54a和54b之间的间隔被限定得略小于燃料电池300的单电池的电极的宽度。这种布置确保了检测端子50与燃料电池300的电极之间的可靠电连接。此外优选地，接触部54a的端部向外弯曲，如图5所示。这种布置可有助于燃料电池300的电极插在接触部54a和54b之间。
应该注意的是，检测端子50的结构不局限于以上所述的，而是可采用能够容纳在壳体30中并可将电线电连接于燃料电池300的电极的任何结构。例如，可使用能够通过压力连接电线的芯线的结构取代电线压接部52。安装在壳体30中的检测端子50可都具有相同的形状。因此，只需制备一种类型的检测端子50，而不需要其它制备。
应该注意的是，尽管在本实施例中四个检测端子50b至50e布置在壳体30的下半部中，但是这种结构不是排他的实施例，例如数量增加或减少了的检测端子50可布置在壳体30的下半部中。
图6是安装有检测端子50的连接器200从后表面的上方看时的斜视图。具体地，在图6中，电线56被压接于检测端子50，并通过设置于壳体30的后表面B的开口40、42拉出。检测端子50安装在壳体30中，电极接触部54的接触部54a、54b的部分保留在缝隙44中。
图7示出本实施例中燃料电池300的外观。图10是示出本实施例中的燃料电池300的一部分的放大图。图8示出安装有连接器200的燃料电池300的外观的斜视图。图9是示出燃料电池300的安装有连接器200的一部分的放大图。图11是燃料电池300的安装有连接器200的一部分的后视图。
燃料电池300是通过堆叠多个单电池60而形成的，每个单电池60都用作发电单元。每个单电池60是通过分别由两侧上的阳极和阴极夹持电解质膜或离子交换膜并且在两个外侧上进一步夹持一对隔板制成的。以相邻单电池60之间的节距P为间隔堆叠单电池60。在隔板上形成有用于将燃料气体(诸如氢气等)和氧化剂气体(诸如氧气等)供给至阳极和阴极的通路。通过该通路供给的燃料和氧化剂气体在每个单电池60内部产生发电的化学反应。
燃料电池300具有沿其上表面H的两个侧缘形成的C状支承部64。可通过将构成单电池60的树脂形成得沿燃料电池300的侧缘从上表面H向上突出并且进一步朝向上表面H的中心线I弯曲而形成支承部64。燃料电池300的上表面H与支承部64的下表面J之间的距离L略大于连接器200的壳体30的上表面D与下表面E之间的高度差。凹状钩部70形成在支承部64的C状部分的内侧上部上(或下表面J上)。
金属电极66形成得从每个单电池60的隔板向上突出。电极66靠近燃料电池300的侧缘定位，并且从燃料电池300的上表面H与支承部64的下表面J之间的空间中突出。当相邻单电池60之间的间隔被限定为节距P时，相邻电极66之间的间隔等于节距P。
应该注意的是，当支承部64用树脂制成而电极66用金属制成时，可获得超过常规单电池的增强的结构强度，对于单电池60来说，这允许使用比常规设计更小的节距P。
燃料电池300还具有沿燃料电池的上表面H的中央部形成的张紧板68，该张紧板14沿单电池60堆叠方向延伸。优选地，张紧板68由绝缘树脂制成。张紧板68是为从连接器200内部的检测端子50拉出的电线56的固定而设置的。使用张紧板68使得可以排列的方式设置在燃料电池300的上表面H上延伸的电线56。
如图8和图9所示，连接器200安装于支承部64的C状部分中。在上述实施例中，连接器200通过C状部分的开口插入支承部64，以使得单电池60的电极66插入连接器200的缝隙44。通过这种布置，电极66插入位于缝隙44中的每个检测端子50a至50e的接触部54a和54b之间。因此，各个单电池60的电极66电连接于检测端子50a至50e。
在上述实施例中，连接器200从横向侧插入支承部64，以使得连接器200的锁止部件34上的接合部32与支承部64上的钩部70进入接合，由此将连接器200可靠地安装在燃料电池300中。可通过从支承部64的下表面J朝向燃料电池300的上表面H下压锁止部件34的端部而解除接合部32与钩部70之间的接合，从而允许连接器200从燃料电池300取出。
应该注意的是，本实施例中钩部的结构不局限于以上所述的结构，并且可采用能够将钩部70与连接器200的锁止部件34的接合部32接合的任何结构。
还应该注意的是，两个或多个连接器200可并排安装在燃料电池300中，并且可将连接器200布置成一个连接器200的第一突出部46的下表面与相邻连接器200的第二突出部48的上表面部分重叠，如图9的放大图所示。也就是说，两个相邻连接器200的第一突出部46和第二突出部48可具有互补形状，以便这两个连接器200能够安装成使得一个连接器200的第一突出部46与另一个连接器200的第二突出部48相接合。这种布置能够使得燃料电池300的所有单电池60的电极66与检测端子50相连接，同时避免相邻连接器200之间的空间干涉。
另外，锁止部件34在形成有第一突出部46的壳体30上半部中的定位能够防止壳体30的高度大于常规设计中的高度。因此，整个燃料电池系统的总体高度可与常规设计中的高度相似。另外，壳体30的侧面可具有适当的宽度。这确保了为连接器200提供所需的结构强度。
由于提供了用于接纳沿燃料电池300的上表面H从横向侧插入的连接器200的C状支承部64，因此保护了电极66、检测端子50以及电线56的连接部分等免受溅落在燃料电池300上的水等的侵蚀。
另外，在电线56沿垂直于燃料电池300的上表面H的方向拉出的结构中，电线56必须弯曲为沿燃料电池300的上表面H的方向，这在电线56上施加了机械应力，最终可导致电线56的断裂或破损。
然而，在本实施例的连接器200中，电线56从连接器200的后表面B拉出并沿燃料电池300的上表面H延伸，并且连接器200以其前表面C为头沿燃料电池300的上表面H插入支承部64。这种结构允许电线56沿燃料电池300的上表面H延伸而不会弯曲。因此，可避免电线56的断裂或破损。
Claims (6)
1.一种连接器，它用于将电线连接于包含在通过堆叠多个单电池形成的燃料电池中的所有单电池的每个电极，所述连接器包括：
壳体，该壳体具有形成于第一侧面的上半部的第一突出部和形成于与所述第一侧面相对的第二侧面的下半部的第二突出部；
安装在所述第一突出部内的单一检测端子，该单一检测端子能够连接于包含在所述燃料电池中的所述单电池的电极；以及
安装在所述壳体的下半部中的至少一个检测端子，该至少一个检测端子能够连接于包含在所述燃料电池中的所述单电池的电极。
2.根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，它还包括：
形成在所述壳体的上半部中的锁止部，该锁止部用于在将所述连接器安装在所述燃料电池中时接合进形成于所述燃料电池的钩部中。
3.根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，它还包括：
开口，该开口设置在所述壳体的垂直于连接器插入方向并与被插入所述燃料电池的表面相对的表面中，所述开口用于供所述电线从所述检测端子拉出。
4.根据权利要求2所述的连接器，其特征在于，它还包括：
开口，该开口设置在所述壳体的垂直于连接器插入方向并与被插入所述燃料电池的表面相对的表面中，所述开口用于供所述电线从所述检测端子拉出。
5.一种单电池堆叠本体，该单电池堆叠本体是通过堆叠多个单电池形成的，并且用于安装用于将电线连接于所述单电池的每个电极的连接器，所述单电池堆叠本体包括：
支承部，该支承部利用夹持所述单电池的外缘的框状树脂部件形成，并具有用于与形成于所述连接器的锁止部接合的钩部；以及
从所述单电池突出的金属电极部，该金属电极部用于在安装所述连接器时与所述连接器的检测端子连接。
6.根据权利要求5所述的单电池堆叠本体，其特征在于，所述支承部具有在沿所述单电池堆叠本体的设置所述电极部的表面的方向上延伸的部分。
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