JP2004362860A - 燃料電池の電圧測定装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧取込用端子の燃料電池への取付作業性を向上させるとともに、電圧取込用端子の接触不良や、電圧取込用端子同士の接触を防止する。
【解決手段】燃料電池１は、発電部３の両側にセパレータ５，７を備えた単位電池９を複数積層してスタック構成とする。各単位電池９の電圧を測定する電圧測定具１３は、弾性板支持部１９に固定した電気絶縁性の絶縁弾性板１７に電圧取込用端子１５を設け、この電圧取込用端子１５の先端部２３をセパレータ５，７に形成した切欠溝１１に挿入して押し込み、絶縁弾性板１７を撓ませた状態とする。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電部の両側にセパレータを配置して単位電池を構成し、この単位電池を複数積層して構成した燃料電池における各単位電池の電圧を検出する燃料電池の電圧測定装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば固体高分子電解質型燃料電池のような平板型の燃料電池においては、所望の電力を得るために、発電部の両側にセパレータを配置して構成した単位電池を多数直列に積層する構成をとるが、運転時に最適な運転状態を保つために各単位電池の電圧をモニタすることが必要となる。
【０００３】
従来では、各単位電池の外周側に電圧取込用端子を接続し、この電圧取込用端子と電圧測定器とをケーブルで接続する方法が主に取られている。
【０００４】
しかし、自動車用燃料電池などにおいては、単位電池の積層数が数百にもなるため、一つ一つの単位電池に電圧取込用端子を接続することには、非常に手間がかかり、またケーブルによって接続するため、燃料電池自体の熱膨張による変位や、車両の振動によってケーブルが断線したり、ケーブル同士の摩擦で被覆が剥がれて短絡する可能性もある。
【０００５】
それらを解決するため、例えば下記特許文献１においては、電圧測定器の電圧取得用端子と、セパレータの外周側に設置した突起状端子とを、コの字断面形状部を持つ接続部材によって接続している。
【０００６】
上記した接続部材は、中央部に細い帯状の弾性支持部を備え、一端を、電圧取得用端子に対し回転可能に接続した後、他端を、セパレータの突起状端子に前記コの字断面形状部で挟み込むように接続する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００２−３１９４２４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の燃料電池の電圧測定装置においては、電圧取得用端子に接続部材の一端を取り付ける際に、ハト目を使用している。この場合、ハト目を、単位電池の積層構造に対応して数ミリ間隔で並ぶ電圧取得用端子に一つずつ圧開させることは、作業空間が狭いことから極めて煩雑で手間がかかる。
【０００９】
また、セパレータの突起状端子と接続部材自体も非常に薄いため、接続部材が組立誤差などに起因するずれにより、コの字断面形状部で突起状端子を確実に挟み込めない場合には、接続部材が変形し、接続不良を起こしたり、隣の接続部材と短絡してしまう可能性がある。
【００１０】
そこで、この発明は、電圧取込用端子の取付作業性を向上させるとともに、電圧取込用端子の接触不良や、電圧取込用端子同士の接触を防止することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、発電部の両側にセパレータを配置して単位電池を構成し、この単位電池を複数積層して構成した燃料電池における前記各単位電池の電圧を測定する燃料電池の電圧測定装置において、前記各単位電池のセパレータの外周側に凹部を形成し、この凹部に入り込む導電性の電圧取込用端子を備え、この電圧取込用端子を電気絶縁性の弾性体で支持し、この弾性体の弾性力によって前記電圧取込用端子を前記凹部に押し付ける構成としてある。
【００１２】
【発明の効果】
この発明によれば、電気絶縁性の弾性体で支持した電圧取込用端子を、弾性体の弾性力により、セパレータの外周側に形成した凹部に押し付ける構成としたため、燃料電池自体の構成要素の形状誤差、組立誤差などによるずれが発生しても、電圧取込用端子の取付時には、各電圧取込用端子を対応するセパレータの凹部に挿入して押し付けるだけでよく、電圧取込用端子のセパレータに対する接触状態を確実に維持しつつ、電圧取込用端子の取付作業性を向上させることができる。
【００１３】
また、弾性体が、電圧取込用端子の支持、押付力の発生、電圧取込用端子同士の絶縁の３つの役割を兼ねるので、簡素化した構成とすることができる。
【００１４】
さらに、セパレータは電圧測定のために凹部を形成するだけなので、突起状端子を設ける場合のように、端子を折ったり曲げたりしないように慎重に作業するといった注意が不要となり、セパレータ製造時の不良品発生率を低減でき、製造コストも同時に低減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１６】
図１は、この発明の第１の実施形態に係わる燃料電池の電圧測定装置の一部を示す斜視図である。ここでの燃料電池１は、発電部３の両側に導電性のセパレータ５，７を配置して単位電池９を構成し、この単位電池９を複数積層してスタック構成としている。
【００１７】
発電部３は、図示していないが、固体高分子電解質膜の両側に燃料極と空気極とを備え、燃料極に対向する例えばセパレータ５に燃料ガス流路を、空気極に対向するセパレータ７に空気流路を、それぞれ形成する。また、隣接する各単位電池９のセパレータ５，７相互間には、冷却水流路を形成する。
【００１８】
そして、上記した燃料電池１におけるセパレータ５，７の外周側の角部に、凹部としての切欠溝１１を形成する。
【００１９】
図２は、燃料電池１の上記した切欠溝１１を形成した側から見た斜視図で、この切欠溝１１は、隣接する各単位電池９におけるセパレータ５，７の互いに対向する側の角部に面取を施して傾斜面５ａ，７ａをそれぞれ形成した構造としている。
【００２０】
一方、前記図１に示してある燃料電池１に取り付ける電圧測定具１３は、燃料電池１の切欠溝１１に入り込む電圧取込用端子１５を備えている。この電圧取込用端子１５を電気絶縁性の弾性体としての絶縁弾性板１７で支持し、絶縁弾性板１７を弾性板支持部１９で支持している。
【００２１】
電圧取込用端子１５は、絶縁弾性板１７に一部が支持されるストレート部２１に対して先端部２３が楔形を呈している。この先端部２３は、前記した切欠溝１１の形状にあわせて先端側が細くなるテーパ形状を形成する一対のテーパ面２３ａを備え、各テーパ面２３ａの先端を凸状の曲面２３ｂとしている。
【００２２】
図３は、燃料電池１に電圧測定具１３を取り付ける前の状態を示す断面図である。電圧取込用端子１５を支持する絶縁弾性板１７は、全体として平板状に形成し、その表裏両面を貫通する固定孔１７ａに、電圧取込用端子１５のストレート部２１を挿入固定する。
【００２３】
電圧取込用端子１５は、先端部２３と反対側を、ストレート部２１に対して細く形成してケーブル接続部２５を形成し、ケーブル接続部２５の端部に設けたケーブル接続端子２７にケーブル２９を接続している。
【００２４】
これらケーブル接続部２５、ケーブル接続端子２７、ケーブル２９の一部は、前記した弾性板支持部１９に形成した空間３１内に収容してある。そして、この空間３１の絶縁弾性板１７寄りの互いに対向する壁面には、ケーブル接続部２５に向けて突出する突起１９ａをそれぞれ設け、突起１９ａの先端に、ケーブル接続部２５に対して所定の隙間を形成した状態で電気絶縁性の弾性部材３３を取り付ける。
【００２５】
また、空間３１と弾性板支持部１９の外部とはケーブル引出孔１７ｂにより連通し、このケーブル引出孔１９ｂから、前記したケーブル２９を外部に引き出して図示しない電圧測定器に接続する。この場合、各単位電池９の電圧を燃料電池１の直近で絶縁した信号に変換するため、高電位となるケーブルを多数引き回す必要がなく、ケーブル数を減らし、また漏電や電蝕などの不具合の発生を低減できる。
【００２６】
弾性板支持部１９と絶縁弾性板１７とは、弾性板支持部１９に形成した結合凸部１９ｃを絶縁弾性板１７に設けた結合凹部１７ｂに入り込ませて相互を固定している。
【００２７】
図４は、電圧測定具１３を燃料電池１に取り付けた後の状態を示している。電圧取込用端子１５の先端部２３を燃料電池１の切欠溝１１に挿入し、弾性板支持部１９を燃料電池１に向けて押し付けることで、先端部２３のテーパ面２３ａが切欠溝１１の傾斜面５ａ，７ａにそれぞれ密着する。
【００２８】
このとき電圧取込用端子１５は、燃料電池１に押し付ける際の反力により絶縁弾性板１７を撓ませ、この撓んだ絶縁弾性板１７の弾性力によって電圧取込用端子１５を切欠溝１１に常に押し付けて確実に接触させる。
【００２９】
このように、上記した絶縁弾性板１７の変形応力により、常に電圧取込用端子１５に燃料電池１に対する押付力が働く。このため、燃料電池１が運転時に熱膨張で変位したり、振動を受けても、絶縁弾性板１７がその変位、振動を吸収し、常に電圧取込用端子１５が切欠溝１１を押し付けた状態を保ち、これにより各単位電池９の電圧測定を確実に行える。
【００３０】
また、絶縁弾性板１７の弾性変形時には、電圧取込用端子１５が空間３１内で移動することができ、またその移動を、突起１９ａの先端に設けた弾性部材３３が、大きくなりすぎないように規制する。
【００３１】
図５は、図４のようにして電圧測定具１３を燃料電池１に取り付けた状態の全体構成を示す側面図である。燃料電池１は、両端がエンドプレート３５によって挟持固定されており、このエンドプレート３５に、取付用ブラケット３７を介して電圧測定具１３を固定する。
【００３２】
取付用ブラケット３７は、固定部３７ａを介して電圧測定具１３の側面に固定しておき、固定部３７ａに対して直角に屈曲した取付部３７ｂにボルト３９を挿入してエンドプレート３５に締結する。このとき取付部３７ｂからさらに直角に屈曲した屈曲部３７ｃが、エンドプレート３５の外側に位置し、これにより一対の取付用ブラケット３７が燃料電池１を両側から挟み込んだ状態とする。上記したボルト３９の締結回転数により、電圧取込用端子１５の燃料電池１に対する押付力の調整が可能となる。
【００３３】
上記のように電圧測定具１３を燃料電池１に取り付けた状態で、各電圧取込用端子１５それぞれのケーブル２９から、燃料電池１とは絶縁された電圧測定信号として、外部の図示しない電圧測定器に入力され、各単位電池９の電圧を測定する。
【００３４】
上記した第１の実施形態によれば、次のような効果を奏する。
【００３５】
（１）絶縁弾性板１７で支持した電圧取込用端子１５を、絶縁弾性板１７の弾性力により、セパレータ５，７の外周側の切欠溝１１に押し付ける構成としたため、燃料電池１自体の構成要素形状の誤差、組立誤差などによるずれが発生しても、電圧取込用端子１５の取付時には、各電圧取込用端子１５を対応するセパレータ５，７の切欠溝１１に挿入して押し付けるだけで、各電圧取込用端子１５が、対応するセパレータ５，７の切欠溝１１内にあれば、常に切欠溝１１の傾斜面５ａ，７ａを滑りながら規定の位置、つまり切欠溝１１の最深部に固定され、電圧取込用端子１５のセパレータ５，７に対する接触状態を確実に維持しつつ、電圧取込用端子１５の取付作業性を向上させることができる。
【００３６】
（２）絶縁弾性板１７が、電圧取込用端子１５の支持、押付力の発生、電圧取込用端子１５同士の絶縁の３つの役割を兼ねるので、簡素化した構成とすることができる。
【００３７】
（３）セパレータ５，７は電圧測定のために切欠溝１１を形成するだけなので、突起状端子を設ける場合のように、端子を折ったり曲げたりしないように慎重に作業するといった注意が不要となり、セパレータ５，７製造時の不良品発生率を低減でき、製造コストも同時に低減することができる。
【００３８】
（４）電圧取込用端子１５の先端部２３が楔形で、かつ傾斜面２３ａの先端２３ｂを凸状の曲面としているため、電圧取込用端子１５をセパレータ５，７の切欠溝１１に、よりスムーズに挿入することができる。
【００３９】
（５）電圧取込用端子１５が安定して切欠溝１１に接するので、電圧測定が安定して行え、自動車などの振動の多い状況に対しても効果的である。例えば、自動車が衝突したときのような大きな衝撃で電圧測定具１３が燃料電池１側に押し付けられても、電圧取込用端子１５の周囲は電気絶縁性の絶縁弾性板１７で構成してあるので、単位電池９相互の電気的短絡を防止することができる。
【００４０】
図６は、この発明の第２の実施形態を示す、前記図１に対応する斜視図である。この実施形態は、電圧取込用端子１５の楔形を形成する面（テーパ面２３ａ）に対して直角となる面の図６中で下部側の先端角部を、凸状の曲面２３ｃとしている。
【００４１】
図７（ａ）は上記図６に示した電圧取込用端子１５のＡ矢視図、同図（ｂ）は（ａ）の平面図、同図（ｃ）は（ａ）の右側面図である。電圧取込用端子１５を切欠溝１１に挿入する際に、電圧取込用端子１５が切欠溝１１の長手方向にずれが発生したときに、凸状の曲面２３ｃが切欠溝１１の端部（図２中で切欠溝１１の下端部）に当接して、電圧取込用端子１５を切欠溝１１内にスムーズに入り込ませることができ、接触不良を確実に防止することができる。
【００４２】
図８は、この発明の第３の実施形態を示す、前記図１に対応する斜視図である。この実施形態は、電圧取込用端子４１を全体としてピン形状とし、円柱形状となるストレート部４３の先端部４５を円錐形状とし、先端部４５の端部を凸状の曲面４５ａとしている。
【００４３】
また、前記図３に示したケーブル２９を接続する図示しないケーブル接続部も、ストレート部４３より小径の円柱形状とし、ケーブル接続部の周囲を囲むように、環状に形成した電気絶縁性の弾性部材４７を設けてある。
【００４４】
第３の実施形態の場合、切欠溝１１の幅の範囲内に電圧取込用端子４１の先端があれば、どの方向に多少ずれても切欠溝１１の最深部へと電圧取込用端子４１を案内することができる。
【００４５】
図９は、上記した各実施形態における電圧測定具１３の製造方法を示している。なお、以下の説明では第１の実施形態の電圧測定具１３を用いて説明する。
【００４６】
取付用ブラケット３７を取り付けた状態の弾性板支持部１９を、絶縁弾性板１７を成形するための成形型４９の上に載せている。
【００４７】
成形型４９は、取付用ブラケット３７の取付部３７ｂが載置される載置部４９ａの内側に、溶融した成形材料を流し込む成形凹部４９ｂを形成してある。この成形凹部４９ｂの底部に、電圧取込用端子１５のストレート部２１の一部および先端部２３が入り込む挿入穴４９ｃを設けてある。
【００４８】
図９に示すように、挿入穴４９ｃに、電圧取込用端子１５のストレート部２１の一部および先端部２３を挿入した状態で、取付用ブラケット３７を備えた弾性板支持部１９を成形型４９の上に載せる。このとき、電圧取込用端子１５のケーブル接続部２５は、図３に示してある空間３１内に位置している。
【００４９】
この状態で、成形凹部４９ｂに、絶縁弾性板１７を構成する電気絶縁性のゴム材質の溶融した成形材料を流し込み、その後硬化させることで、絶縁弾性板１７を成形し、この絶縁弾性板１７によって電圧取込用端子１５と弾性板支持部１９とを容易に一体化することができる。
【００５０】
このような製造方法は、自動化しやすく、製造コスト低下に寄与することができる。
【００５１】
なお、弾性板支持部１９の突起１９ａ先端の弾性部材３３は、上記した絶縁弾性板１７を成形する前に装着しておく。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係わる燃料電池の電圧測定装置の一部を示す斜視図である。
【図２】図１の燃料電池の切欠溝を形成した側から見た斜視図である。
【図３】図１の燃料電池に電圧測定具を取り付ける前の状態を示す断面図である。
【図４】図１の燃料電池に電圧測定具を取り付けた後の状態を示す断面図である。
【図５】図１の燃料電池に電圧測定具を取り付けた状態の全体構成を示す側面図である。
【図６】この発明の第２の実施形態を示す、図１に対応する斜視図である。
【図７】（ａ）は図６に示した電圧取込用端子のＡ矢視図、（ｂ）は（ａ）の平面図、（ｃ）は（ａ）の右側面図である。
【図８】この発明の第３の実施形態を示す、図１に対応する斜視図である。
【図９】図１の電圧測定具の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
３ 発電部
５，７ セパレータ
５ａ，７ａ 切欠溝の傾斜面
９ 単位電池
１１ 切欠溝（凹部）
１５，４１ 電圧取込用端子
１７ 絶縁弾性板（電気絶縁性の弾性体）
２３ａ テーパ面
２３ｂ，２３ｃ，４５ａ 凸状の曲面
４９ 成形型

Claims (7)

1. 発電部の両側にセパレータを配置して単位電池を構成し、この単位電池を複数積層して構成した燃料電池における前記各単位電池の電圧を測定する燃料電池の電圧測定装置において、前記各単位電池のセパレータの外周側に凹部を形成し、この凹部に入り込む導電性の電圧取込用端子を備え、この電圧取込用端子を電気絶縁性の弾性体で支持し、この弾性体の弾性力によって前記電圧取込用端子を前記凹部に押し付けることを特徴とする燃料電池の電圧測定装置。
2. 請求項１記載の燃料電池の電圧測定装置において、前記電圧取込用端子は先端側が細くなるテーパ形状を呈し、前記凹部はこの電圧取込用端子のテーパ形状に合わせて底部ほど狭くなる傾斜面を備えていることを特徴とする燃料電池の電圧測定装置。
3. 請求項２記載の燃料電池の電圧測定装置において、前記電圧取込用端子は楔形であり、この楔形の先端を凸状の曲面としたことを特徴とする燃料電池の電圧測定装置。
4. 請求項３記載の燃料電池の電圧測定装置において、前記電圧取込用端子は、前記楔形を形成する面に対し直角となる面の先端角部を凸状の曲面としたことを特徴とする燃料電池の電圧測定装置。
5. 請求項２記載の燃料電池の電圧測定装置において、前記電圧取込用端子は先端側が円錐形状を呈し、この円錐形状の先端を凸状の曲面としたことを特徴とする燃料電池の電圧測定装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池の電圧測定装置において、前記弾性体を電気絶縁性のゴム材質で構成し、このゴム材質の溶融した成形材料を前記電圧取込用端子の周囲の成形型内に供給して硬化させることで、前記電圧取込用端子を前記弾性体に固定することを特徴とする燃料電池の電圧測定装置。
7. 請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池の電圧測定装置の前記弾性体を電気絶縁性のゴム材質で構成し、このゴム材質の溶融した成形材料を前記電圧取込用端子の周囲の成形型内に流し込み、その後硬化させて、前記電圧取込用端子を前記弾性体に固定することを特徴とする燃料電池の電圧測定装置の製造方法。

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