JP2007220338A - 燃料電池スタックのセル電圧測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セル電圧モニタ用コネクタの脱落を防止しながらコネクタを小型化する。
【解決手段】本発明における燃料電池スタック２２のセル電圧測定装置は、膜電極接合体（１２）を両側からセパレータ（１０、１１）によって挟持することで構成されるセルを複数積層して両側から押圧することで燃料電池スタック（２２）を構成し、セルの電圧を測定するためのコネクタ（４）がセパレータ（１０、１１）に接続される燃料電池スタック（２２）のセル電圧測定装置において、コネクタ（４）は、隣接するセルの対向するセパレータ（１０、１１）の間であって、燃料電池スタック（２２）の外部に開放するように設けられる間隙（１９）に挿入される。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池スタックのセル電圧測定装置におけるコネクタ及びコネクタ接続部に関するものである。

燃料電池スタックにおいて、積層した各セルの運転状態を確認するためにセル電圧をモニタすることが知られている。例えば特許文献１には、電圧モニタ用のコネクタをクリップ状に成型してセパレータの端部に噛み込ませることで接触面圧を確保し、さらにコネクタの脱落を防止しようとするものが記載されている。
特開２００２−３５２８２０公報

上記の従来技術ではコネクタがセパレータに噛みこむ力をコネクタのクリップ形状によって生じさせているので、噛みこみ力を大きくするためにはクリップ部を大きくする必要がある。しかし、各コネクタ間の干渉を防止するためにクリップ部の大きさはセルピッチの範囲内に制限され、さらに、燃料電池スタックの小型化に対する要請によりセルピッチを小さくするとコネクタのクランプ部を小さくする必要があるので、コネクタをかみ込ませる際のクランプ部の弾性変形量が小さくなって十分な噛みこみ力を得ることができず、コネクタが脱落する可能性がある。

本発明は、セル電圧モニタ用コネクタの脱落を防止しながらコネクタを小型化することを目的とする。

本発明の燃料電池スタックのセル電圧測定装置は、膜電極接合体を両側からセパレータによって挟持することで構成されるセルを複数積層して両側から押圧することで燃料電池スタックを構成し、セルの電圧を測定するためのコネクタがセパレータに接続される燃料電池スタックのセル電圧測定装置において、コネクタは、隣接するセルの対向するセパレータの間であって、燃料電池スタックの外部に開放するように設けられる間隙に挿入される。

本発明によれば、コネクタは隣接するセルの対向するセパレータの間に挿入され、燃料電池スタックを両側から押圧することでセパレータによって挟まれるので、簡素な構造でコネクタが脱落することを防止できる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は従来技術の場合においてセル電圧モニタ用コネクタが装着された燃料電池スタック２２の一部を示す概略構成図である。図２は本実施形態においてセル電圧モニタ用コネクタが装着された燃料電池スタック２２の一部を示す概略構成図である。図１、図２は燃料電池スタック２２の構成がほぼ同一であり、コネクタ４及びコネクタ４の接続部の構成が異なる。なお、コネクタ４とは本実施形態ではセル電圧を測定するために設けられるコネクタ４である。

初めにコネクタ４及びコネクタ４接続部以外の燃料電池スタック２２の構成について説明する。本実施形態の燃料電池スタック２２は、単位セルを複数積層して両側からそれぞれコレクタプレート２、９及びエンドプレート１、８によって挟持することで構成される。さらに燃料電池スタック２２は、一方のエンドプレート８とその外側に近接するプレッシャプレート７との間に配設されるスプリング６の付勢力によって締め付けられる。

単位セルは、ガス拡散層を電解質膜の両面に設けて形成される膜電極接合体（以下「ＭＥＡ」という）を一方の面からアノードセパレータ１０、他方の面からカソードセパレータ１１によって挟持することで構成される。

アノードセパレータ１０は、ＭＥＡ１２と対向する面にアノードガスを流通させるアノードガス流路１６を有し、隣接するセルのカソードセパレータ１１と対向する面に燃料電池スタック２２を冷却する冷却水を流通させる冷却水流路１４を有する。カソードセパレータ１１は、ＭＥＡ１２と対向する面にカソードガスを流通させるカソードガス流路１５を有し、隣接するセルのアノードセパレータ１０と対向する面に燃料電池スタック２２を冷却する冷却水を流通させる冷却水流路１４を有する。また、アノードガス及びカソードガスが燃料電池スタック２２の外部へ漏出しないように、各セパレータの端部付近には積層方向にわたってシールラバー１３が設けられる。

燃料電池スタック２２は以上のように構成され、ＭＥＡ１２を挟んでアノードガスとカソードガスとが化学反応することで各セルごとに電圧を生じる。各セパレータ１０、１１は導電性であり、隣接するセル間でアノードセパレータ１０からカソードセパレータ１１へと電子が流れる。また、各セルの電圧をモニタするためにセルごとにコネクタ４が接続される。

ここで、コネクタ４及びコネクタ４の接続部について図１を参照しながら従来技術の場合について説明する。

各セパレータ１０、１１は、その端部において燃料電池スタック２２から外側へと突出する突出部１７を有し、突出部１７は一部に凸部１８を有する。この突出部１７がコネクタ４の接続部であり、隣接するセルのアノードセパレータ１０とカソードセパレータ１１とが一体となって形成される。

コネクタ４は、突出部１７を挟むようにクリップ状に形成され、ハーネス５に接続される。さらに隣り合うコネクタ４の間で通電しないように、非導電性部材によって構成される絶縁キャップ３がコネクタ４の側部に設けられる。

コネクタ４を突出部１７の凸部１８を乗り越えるまで差し込むことでコネクタ４を突出部１７に接続しているが、絶縁キャップ３を含むコネクタ４の大きさはセルピッチの範囲に収まるよう制限されるのでコネクタ４の噛みこみ力を大きくすることは困難である。

そこで本実施形態ではコネクタ４及びコネクタ４の接続部を図２に示すように構成した。

各セパレータ１０、１１は弾性材料で構成され、その端部において各セパレータ１０、１１の間にコネクタ４の接続部としての空間１９を形成するように各ＭＥＡ１２側へと屈曲する。コネクタ４の接続部において、アノードセパレータ１０は平面状に形成され、カソードセパレータ１１は曲面状の凸部２０を有するように形成される。

コネクタ４は、導電性部材によって平板状に形成され、ハーネス５に接続される。コネクタ４の側面のうち、アノードセパレータ１０と接触する面は平面状に形成され、カソードセパレータ１１と接触する面は凸部２０を嵌めるような凹部２１に形成される。また、隣り合うコネクタ４の間で通電しないように、非導電性部材によって構成される絶縁キャップ３がコネクタ４の側部の一部に設けられる。

コネクタ４を各セパレータ１０、１１の間に設けられる接続部としての空間１９に挿入するとカソードセパレータ１１の凸部２０とコネクタ４の凹部２１とが嵌合する。さらに、接続部としての空間１９は各セパレータ１０、１１の間に設けられるので、スプリング６によって燃料電池スタック２２が締め付けられることでコネクタ４と各セパレータ１０、１１との間の接触力を大きく保つことができる。

以上のように本実施形態では、コネクタ４は隣接するセルの対向するアノードセパレータ１０とカソードセパレータ１１との間に挿入され、燃料電池スタック２２を両側から押圧することでアノードセパレータ１０とカソードセパレータ１１とによって挟まれるので、燃料電池スタック２２自身の構造によってコネクタ４と各セパレータ１０、１１との接触面圧を大きくすることができ、コネクタ４は各セパレータ１０、１１の間に挟むだけなので小型化することができ、新たな部材を設けることなく簡素な構造でコネクタ４の脱落を防止できる。

また、燃料電池スタック２２を締め付ける力によるコネクタ４と各セパレータ１０、１１との接触面圧は、コネクタ４をクリップ形状として得られる接触面圧よりも大きいので、コネクタ４の脱落をより確実に防止できる。

また、アノードセパレータ１０及びカソードセパレータ１１は弾性材料によって構成されるので、コネクタ４に弾性を持たせることなくコネクタ４と各セパレータ１０、１１との摩擦力を大きく保持でき、コネクタ４を小型化することができる。

さらに、コネクタ４の接続部においてカソードセパレータ１１は曲面上の凸部２０を有するように形成され、コネクタ４の側面のうち、カソードセパレータ１１と接触する面は凸部２０を嵌めるような凹部２１を有するので、カソードセパレータ１１の凸部２０とコネクタ４の凹部２１とが嵌合することでコネクタ４は各セパレータ１０、１１間により強く保持され、コネクタ４の脱落をさらに防止できる。

さらに、コネクタ４の接続部においてアノードセパレータ１０は平面状に形成され、コネクタ４の側面のうち、アノードセパレータ１０と接触する面は平面状に形成されるので、アノードセパレータ１０とコネクタ４との接触面積が大きくなって電気抵抗を低減することができ、電圧の測定精度の低下を防止できる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能である。

従来技術の場合におけるセル電圧モニタ用コネクタを接続した燃料電池スタックの一部を示す概略構成図である。 本実施形態におけるセル電圧モニタ用コネクタを接続した燃料電池スタックの一部を示す概略構成図である。

符号の説明

１ エンドプレート
２ コレクタプレート
３ 絶縁キャップ
４ コネクタ
５ ハーネス
６ スプリング
７ プレッシャプレート
８ エンドプレート
９ コレクタプレート
１０ アノードプレート
１１ カソードプレート
１２ ＭＥＡ
１３ シールラバー
１４ 冷却水流路
１５ カソードガス流路
１６ アノードガス流路
１７ 突出部
１８ 凸部
１９ 空間
２０ 凸部
２１ 凹部
２２ 燃料電池スタック

Claims (4)

1. 膜電極接合体を両側からセパレータによって挟持することで構成されるセルを複数積層して両側から押圧することで燃料電池スタックを構成し、前記セルの電圧を測定するためのコネクタが前記セパレータに接続される燃料電池スタックのセル電圧測定装置において、
   前記コネクタは、隣接する前記セルの対向する前記セパレータの間であって、前記燃料電池スタックの外部に開放するように設けられる間隙に挿入されることを特徴とする燃料電池スタックのセル電圧測定装置。
2. 前記セパレータは弾性材料によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタックのセル電圧測定装置。
3. 前記間隙において対向する前記セパレータにそれぞれ凸部を設け、前記コネクタの前記凸部と接触する面に前記凸部と嵌合する凹部を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池スタックのセル電圧測定装置。
4. 前記間隙において対向する前記セパレータのうちの一方に凸部を設け、他方は平面状に形成し、前記コネクタの前記凸部と接触する面に前記凸部と嵌合する凹部を設け、前記コネクタの他方の面は平面状に形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池スタックのセル電圧測定装置。