JP2019079654A - 燃料電池セルと該燃料電池セルの電圧検知のためのセルコネクタとの組み合わせ体 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池セルのセパレータに対して電圧検知のためのセルコネクタを組み付けるときの作業を容易にした燃料電池セルとセルコネクタとの組み合わせ体を提供する。【解決手段】燃料電池セルを構成するセパレータ１は、セルコネクタ５０の取り付け部である、側辺部１１とその下端部から９０度に折曲する底辺部１２とを持つＬ字状の切欠き部１０を有する。セルコネクタ５０は、セパレータ１の切欠き部１０における底辺部１２に挿入される先端領域５３を有し、その先端領域５３における前記セパレータ１への組み付け時にセパレータの底辺部１２に最初に当接することとなる先端部５４の角度が鋭角αとされている。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池セルと該燃料電池セルの電圧検知のためのセルコネクタとの組み合わせ体に関する。

燃料電池は、通常、単セルと称される燃料電池セルの複数個が積層したスタック構造として構成されている。単セルである燃料電池セルは、電解質膜と、電解質膜の一方の面側に設けられるアノードと電解質膜の他方の面側に設けられるカソードで構成される膜電極接合体（ＭＥＡ）を有し、平面略矩形状に形成されている。そして、燃料電池セルはアノードおよびカソードを挟む一対のセパレータを備えている。

セパレータは、アノードに水素ガス等の燃料ガスを供給する通路と、カソードに酸素ガス等の酸化剤ガスを供給する通路とを有している。セパレータは、セル電極としての機能を有し、燃料電池セルの電圧検知のために、端子を備えたセルコネクタがセパレータの一部（発電領域から外側に延在する部分）に取り付けられる。燃料電池セルにそのようなセルコネクタを取り付けるための取り付け構造の一例が、特許文献１に記載されている。

特許文献１にも記載されるように、燃料電池セルにセルコネクタを取り付けるための従来構造は、セパレータの発電領域から延在する領域にほぼ９０度で交差する側辺部と底辺部とを備えたＬ字状の切欠き部を形成するとともに、セルコネクタ側は、前記切欠き部の側辺部に当接する側辺領域と前記切欠き部の底辺部に嵌合する先端領域とを有し、セパレータの前記切欠き部の底辺部に、セルコネクタの先端領域を落とし込むようにして嵌合させることで、両者を一体に組み付けるようになっている。セルコネクタがセパレータに嵌入する部分には、端子が取り付けられている。

特開２０１３−１８７０５０号公報

従来の燃料電池セルに対するセルコネクタの取り付け構造では、セパレータ側の前記切欠き部の底辺部は直線状であり、そこに対向することとなるセルコネクタの先端領域の部分も、前記底辺部に平行かつ直線状の形状となっている。そのために、セルコネクタをセパレータの切欠き部内に落とし込んで組み付けるときに、長さのある直線状部分同士が対向する姿勢となるのを避けられない。そのために、セパレータの面方向に正確に平行な姿勢でセルコネクタを落とし込まないと、セパレータの前記切欠き部の底辺部とセルコネクタの前記直線状の先端領域部分との間に大きく干渉する部分が生じ、セパレータに対するセルコネクタの先端領域の挿入が満足に進行しないことが起こり得る。そのために、両者の組み付け操作には、十分な注意を払って行う必要があり、実作業での大きな作業負担となっている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池セルのセパレータに対する電圧検知のためのセルコネクタの組み付けを比較的に用意に行い得るようにした、燃料電池セルと該燃料電池セルの電圧検知のためのセルコネクタとの組み合わせ体を提供することを課題とする。

本発明による組み合わせ体は、燃料電池セルと該燃料電池セルの電圧検知のためのセルコネクタとの組み合わせ体であって、前記燃料電池セルを構成するセパレータは、前記セルコネクタの取り付け部である側辺部と該側辺部の下端から９０度で折曲する底辺部とを持つＬ字状の切欠き部を有し、前記セルコネクタは、前記セパレータの前記側辺部に嵌合する側辺領域と前記底辺部に嵌合する先端領域とを有し、前記先端領域における前記セパレータへの組み付け時にセパレータの前記底辺部に最初に当接することとなる先端部の角度が鋭角とされている、ことを特徴とする。

本発明による組み合わせ体では、両者の組み付け時に、セパレータのＬ字状の切欠き部における底辺部に対向することとなるセルコネクタの先端領域は、セパレータへの組み付け時にセパレータの底辺部に最初に当接することとなる先端部の角度が鋭角とされている。そのために、組み付け作業に、セルコネクタの鋭角となった先端部が、セパレータの切欠き部における底辺部に最初に接触しかつ入り込むようになるので、組み付け時にセルコネクタがセパレータの面方向に正確に平行でなく少し傾斜している姿勢であっても、両者は大きな干渉を起こすことなく、セルコネクタは姿勢を自己矯正しながら、スムーズにセパレータの切欠き部内に入り込んでいくことができる。それにより、本発明による組み合わせ体では、セパレータに対する電圧検知のためのセルコネクタの組み付けが極めて容易となり、組み付け作業の省力化がもたらされる。

燃料電池セルにおけるセパレータの一部を示す側面図。 電圧検知のためのセルコネクタの一例を示す斜視図。 セパレータにセルコネクタを組み付けるときの途中を示す側面図。 組み付け後の状態を示す側面図。 従来例でのセパレータにセルコネクタを組み付けるときの途中を示す側面図。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、燃料電池セルにおけるセパレータの一部を示す側面図である。セパレータ１は、従来公知の図示しない膜電極接合体（ＭＥＡ）のアノードおよびカソードを挟むようにして配置されている。セパレータ１における発電面よりも外側に延在する部分には、Ｌ字状の切欠き部１０が形成されており、後記するように、この切欠き部１０には電圧検知のためのセルコネクタ５０が組み付けられる。切欠き部１０は、セパレータ１の上辺２から４５度の角度で下方に向けて傾斜する側辺部１１と、前記側辺部１１の下端から９０度の角度で上方に向けて立ち上がる底辺部１２とで構成される。

図２は、前記セパレータ１における切欠き部１０に組み付けられる電圧検知のためのセルコネクタ５０を説明する概略的な斜視図である。セルコネクタ５０は、扁平なケーシング５１を備える。ケーシング５１の側面視での形状は、セパレータ１を備えた燃料電池セルの形状に応じて決定されるが、少なくとも直線状の側辺領域５２と、該側辺領域５２の先端側である先端領域５３とを有し、前記先端領域５３の先端部５４、すなわち、後記するように、セパレータへ１の組み付け時に切欠き部１０の底辺部１２に最初に当接することとなる先端部５４の角度が、セパレータ１の切欠き部１０における側辺部１１と底辺部１２とがなす角度（９０度）よりも小さい鋭角αとされている。必要な強度を確保できる等の観点から、好ましい角度αは、６５度〜６８度である。

ケーシング５１の内部には空間領域が形成されており、そこには端子５５が配置されている。また、側辺領域５２の下端部には、前記セパレータ１の切欠き部１０における側辺部１１が入り込むことのできる隙間５６が側辺領域５２の全長にわたって形成されており、先端領域５３にも、前記セパレータ１の切欠き部１０における底辺部１２が入り込むことのできる隙間５７が形成されている。前記端子５５は、セルコネクタ５０がセパレータ１に組み付けられた状態で、セパレータ１の切欠き部１０における底辺部１２の一部を挟み込むことができる部位に配置されており、端子５５の後端部には図示しない導電線が接続している。

図１に示したセパレータの切欠き部１０にセルコネクタ５０を組み付けるときの手順を説明する。セルコネクタ５０をセパレータ１の上方に位置させて、その側辺領域５２に形成された隙間５６内に、セパレータ１の切欠き部１０における側辺部１１が嵌入した状態とする。その姿勢で、セルコネクタ５０を側辺部１１に沿って、下方に向けて押し込むようにスライドさせる。下方への移動によって、セルコネクタ５０の先端領域５３の前記先端部５４が、切欠き部１０の底辺部１２に最初に到達する。

セルコネクタ５０の姿勢がセパレータ１の面方向に平行な姿勢であれば、何の干渉もなく、さらに下方に向けて移動していき、セルコネクタ５０の先端領域５３に形成された隙間５７内に、円滑にセパレータ１の切欠き部１０における底辺部１２の領域の一部が入り込んだ状態となる。その状態が図３に示される。そして、さらに下方に落とし込むことにより、図４に示される最終の取り付け位置、すなわち、セルコネクタ５０に内装されている端子５５がセパレータ１の切欠き部１０における底辺部１２を挟持した状態となり、セパレータ１とセルコネクタ５０は電気的に接続される。

図３に示される状態において、セルコネクタ５０の姿勢がセパレータ１の面方向からわずかに傾斜している状態であったとする。この場合、両者は挿入に対して干渉領域を持つこととなる。しかし、セパレータ１とセルコネクタ５０との最初の接触部位は、セルコネクタ５０の鋭角とされた先端部５４であり、その干渉領域は狭い範囲である。そのために、挿入が大きく阻害されるようなことは生じない。また、挿入が進むにつれてセルコネクタ５０の先端領域５３に形成された隙間５７がセパレータ１に面する領域は次第に大きくなっていくので、傾斜した姿勢もしたいに正しい姿勢に矯正される。

図５は、従来のセルコネクタ５０ａを用いた場合での、図３に相当する図である。図５に示すように、従来のセルコネクタ５０ａではその先端領域５３ａの先端部５４ａの形状は、鋭角ではなく、側辺領域５２に直交する平坦な先端面５３ａとなっている。その形状のセルコネクタ５０ａを、図１に示したセパレータ１に、本実施の形態のセルコネクタ５０と同様にして組み付けた場合、挿入の最初の段階で、先端領域５３ａの直線状の先端部５４ａの全長手方向が、セパレータ１の切欠き部１０の底辺部１２に対向する姿勢となる。セルコネクタ５０ａの姿勢がセパレータ１の面方向に平行な姿勢であれば、挿入はスムーズに進行するが、セルコネクタ５０ａの姿勢がセパレータ１の面方向にわずかに傾斜している状態となったときには、先端部５４ａの全長域が切欠き部１０の底辺部１２に干渉する姿勢となってしまい、それ以上の挿入が極めて困難となる。無理に押し下げようとすると、破損が生じかねない。本実施の形態の組み合わせ体では、そのような不都合が生じるのを、完全に回避することができる。

なお、本実施の形態において、セパレータ１に形成する切欠き部１０での側辺部１１と底辺部１２とがなす角度は９０度であり、コネクタ５０における前記先端部５４の角度は鋭角としている。セパレータ１の切欠き部１０における側辺部１１と底辺部１２とがなす角度が鈍角（例えば１２０度程度）の場合、コネクタ５０における前記先端部５４の角度が鋭角であれば、また、前記先端部５４の角度が９０度の場合であっても、セパレータ１に対するコネクタ５０の組み付けはスムーズに進行する。しかし、セパレータ１の切欠き部１０における側辺部１１と底辺部１２とがなす角度が鈍角であると、組み付け後に、セルコネクタ５０が側辺部１１から離間する方向にスライドする恐れがあるので好ましくない。

また、組み付け時に、セルコネクタ５０の挿入方向での位置決めが適切に行えるように、セパレータ１とセルコネクタ５０との間に、挿入方向に対する適宜のストッパー（突き当て部）を設けておくことは有効である。

また、図示の実施の形態では、１個のセルコネクタ５０の場合を説明したが、複数個の単セルを積層したスタック構造としての燃料電池に対して、セルコネクタ５０を用いる場合には、図２に示したセルコネクタ５０を適数個だけ並列に配置した構造として用いることもでき、その構造も本発明の範囲に含まれる。

１…セパレータ、
１０…Ｌ字状の切欠き部、
１１…切欠き部の側辺部、
１２…切欠き部の底辺部、
５０…電圧検知のためのセルコネクタ、
５１…セルコネクタのケーシング、
５２…セルコネクタの側辺領域、
５３…セルコネクタの先端側である先端領域、
５４…先端領域の先端部、
５５…端子、
５６…セルコネクタの側辺領域に形成された隙間、
５７…セルコネクタの先端領域に形成された隙間、
α…セルコネクタの先端部がなす角度。

Claims (1)

1. 燃料電池セルと該燃料電池セルの電圧検知のためのセルコネクタとの組み合わせ体であって、
   前記燃料電池セルを構成するセパレータは、前記セルコネクタの取り付け部である側辺部と該側辺部の下端から９０度で折曲する底辺部とを持つＬ字状の切欠き部を有し、
   前記セルコネクタは、前記セパレータの前記側辺部に嵌合する側辺領域と前記底辺部に嵌合する先端領域とを有し、前記先端領域における前記セパレータへの組み付け時にセパレータの前記底辺部に最初に当接することとなる先端部の角度が鋭角とされている、
   ことを特徴とする燃料電池セルとセルコネクタとの組み合わせ体。

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