JP3674922B2 - コネクタと回路基板との一体化構造体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池スタックのセル電圧をセル端子から検出して処理するためにセル端子に回路基板と一体になったコネクタを接続する、コネクタと回路基板との一体化構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池スタックは、通常多くの単セルを積層して構成されている。これらの単セルの発電状態や故障したのか否か、またどの単セルが故障したかを知るために、燃料電池スタックの電圧を常に監視している。このため、燃料電池スタックのセル端子は、セル電圧を処理する処理回路（ＥＣＵ）と接続されている。この燃料電池スタックのセル端子と処理回路とを接続するコネクタとの間は、リード線からなるハーネスで接続されており、セル端子数に応じたハーネスの本数が接続されている。
【０００３】
図４は、従来の接続構造の概略を示す斜視図である。燃料電池スタック２１を構成する単セル２２に備えたセパレータ３２から延在して設けられた少なくとも１個のセル端子２３が、コネクタ２４及びハーネス２５を経由して回路基板３０へ接続されている。回路基板３０の処理回路で処理された電気信号は、ハーネスコネクタ３１を経由してハーネス３４によって不図示の制御装置へ導かれる。
【０００４】
このような、燃料電池スタックの単セルのセル電圧を導通するセパレータにセル電圧を測定するためのセル端子を設け、このセル端子毎に電圧を導通する複数のリード線（ハーネス）を付けたソケットをハーネスコネクタとして取り付けた例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３３９８２８号公報（第３頁、図８、図９）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セル端子に接続されるコネクタと処理回路からなる回路基板との間は、リード線などからなるハーネスで接続されており、セル数又はセル端子数に応じた数のハーネスが配設され、このハーネスによる接続構造自体に信頼性が低いという問題があった。
【０００７】
また、コネクタと回路基板との間には、多くのリード線がハーネスとして配設されているので、取り扱いが容易でないという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、信頼性が高く、取り扱いの容易なコンパクトな接続構造を有する、コネクタと回路基板との一体化構造体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明の請求項１に記載の発明は、燃料電池スタックのセル電圧の出力信号を処理する処理回路と、燃料電池のセパレータから延在して設けられたセル端子に前記処理回路を接続するコネクタと、前記処理回路と前記コネクタとを包囲するケーシングとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、燃料電池スタックのセル電圧の出力信号（出力レベル）を処理する処理回路と、燃料電池のセパレータから延在して設けられたセル端子に処理回路を接続するコネクタとを一体にし、セル端子とコネクタとの接続箇所を無くしたため、接続に関して信頼性を向上することができ、小型化することができる。さらに、コネクタと処理回路とを包囲するケーシングを備えたため、ケーシングでコンパクトにまとめられ、外界から遮蔽されるため処理回路の保護が確実にできると共に、ユニットとして取り扱いを容易にすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るコネクタと回路基板との一体化構造体の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るコネクタと回路基板との一体化構造体の概略を示す斜視図である。図１に示すように、燃料電池スタック１は、多くの単セル２を積層して構成され、この単セル２から発生した電圧を導くため、セパレータ１２から延在して設けられたセル端子３を備えている。このセル端子３はコネクタ４に接続されている。このコネクタ４は、単セル２のセル電圧（出力レベル）を監視・処理する処理回路からなる回路基板１０と一体に形成されている。この回路基板１０から出力した電気信号は、ハーネスコネクタ１１及びハーネス１４を経て不図示の制御装置に導かれている。また、これらのセル端子３のコネクタ４及び回路基板１０は、ケーシング９によって覆われていて、コンパクトな箱状に形成され、外界から遮蔽されて保護されている。
【００１２】
図２は、本発明の一実施形態に係るコネクタと回路基板との一体化構造体の概略を示した図であり、図２（ａ）は、図１のＡ矢視断面図、図２（ｂ）は、図１のＢ矢視一部断面図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、燃料電池を効率的に用いるために、燃料電池スタック１のセル電圧を監視・処理する処理回路を燃料電池スタック１のセル端子３に接続している。詳しい説明は省略するが、燃料電池スタック１の単セル２は、アノード電極６とカソード電極７との間に電解質膜１３を挟持したものであり、この燃料電池スタック１の単セル２で発生したセル電圧が燃料電池自動車など様々な用途に用いられる。
【００１３】
このセル電圧は、燃料電池スタック１を構成する単セル２に燃料である水素がアノード電極６に、空気などの酸化剤がカソード電極７に供給されて発生する。ここで発生したセル電圧は、セパレータ１２から延在して設けられたセル端子３から電圧として取り出される。
【００１４】
このように単セル２で発生したセル電圧は、セル端子３から導出される。このセル端子３は、コネクタ４のコネクタ接点８に接続され、コネクタ４と一体に設けられた少なくとも一つの回路基板１０に接続される。
【００１５】
次に、以上の構成を備えたコネクタ４と回路基板１０の一体化構造体の動作について説明する。図３は、燃料電池スタック１を構成する単セル２において、セル電圧が発生する様子を示す断面説明図である。図３において、燃料電池スタック１には、燃料である水素が加湿されてアノード電極６に供給され、アノード電極６において電子とプロトンとに解離する。解離した電子は外部の不図示の負荷を経由してカソード電極７に移動することによって電流が流れ、電位差を発生し、セル電圧を得ることができる。一方、プロトンは電解質膜１３中をカソード電極７に移動して、カソード電極７において酸化剤ガス（空気など）により酸化されて水を生じる。
【００１６】
このように単セル２で発生したセル電圧は、セパレータ１２から延在して設けられたセル端子３で検出される。このセル端子３は、コネクタ４のコネクタ接点８に接触し、コネクタ４と一体に設けられた少なくとも一つの回路基板１０（図２参照）に接続される。セル端子３で検出されるセル電圧は、回路基板に設けられた処理回路によって電気信号に処理される。
【００１７】
燃料電池スタック１の上面にセパレータ１２から延在して設けられたセル端子３用のコネクタ４が設けられ、処理回路を構成した回路基板１０に接続されている（図２参照）。この処理回路からなる回路基板１０は、セパレータ１２から延在して設けられたセル端子３を、たとえば２個有し、一方は上側にセル電圧の監視用として、他方は下側にＯＣＶ（Open Circuit Voltage）低減基板として接続されており、垂直方向の上下に設けられて平面的なスペースを少なくしたユニットにしている。
【００１８】
このように、セル端子３と接続するコネクタ４と回路基板１０を一つのユニットとして構成させ、このコネクタ４と回路基板１０からなるユニットをケーシング９によって包囲し、セル電圧を監視・処理している。
【００１９】
本発明は、セル端子３のコネクタ４と、セル電圧の監視や、ＯＣＶ低減回路を電気処理する回路基板１０とを直接一体に接続させる構造にすることによって結線を省略し、信頼性を高めると共に小型化している。
【００２０】
また、燃料電池スタック１のセル電圧の出力信号（出力レベル）を処理する処理回路と、燃料電池のセパレータ１２から延在して設けられたセル端子３に処理回路を接続するコネクタ４とを一体にしたため、接続箇所の信頼性を向上することができ、小型化することができる。さらに、コネクタ４と処理回路の回路基板１０とをケーシング９によって包囲したため、コンパクトにまとめられ、外界から遮蔽されることによって処理回路の保護を確実にすることができると共に、ユニット化されているため取り扱いを容易にすることができる。
【００２１】
以上好ましい実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更が可能である。例えば、本実施形態では、２個の回路基板とコネクタを一体化した、コネクタと回路基板の一体化構造体について説明したが、さらに回路基板を複数設けてコネクタと一体化するようにしても良い。もちろん、１個の回路基板と一体化するようにしても良い。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、燃料電池スタックのセル電圧の出力信号（出力レベル）を処理する処理回路と、燃料電池のセパレータから延在して設けられたセル端子に処理回路を接続するコネクタとを一体にしたため、コネクタとセル端子との接続箇所の信頼性を向上することができ、小型化することができる。さらに、コネクタと処理回路とを包囲するケーシングとを備えたため、ケーシングでコンパクトにまとめられ、外界から遮蔽されるため処理回路の保護を確実にすることができると共に、ユニット化されているため取り扱いを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るコネクタと回路基板との一体化構造体の概略を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るコネクタと回路基板との一体化構造体の概略を示す図であり、（ａ）は、図１のＡ矢視断面図、（ｂ）は、図１のＢ矢視一部断面図である。
【図３】セル電圧が発生する様子を示す断面説明図である。
【図４】従来の接続構造の概略を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池スタック
２ 単セル
３ セル端子
４ セル端子コネクタ
５ ハーネス
６ アノード電極
７ カソード電極
８ コネクタ接点
９ ケーシング
１０ 回路基板
１１ ハーネスコネクタ
１２ セパレータ
１３ 電解質膜
１４ ハーネス
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池スタックのセル電圧をセル端子から検出して処理するためにセル端子に回路基板と一体になったコネクタを接続する、コネクタと回路基板との一体化構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池スタックは、通常多くの単セルを積層して構成されている。これらの単セルの発電状態や故障したのか否か、またどの単セルが故障したかを知るために、燃料電池スタックの電圧を常に監視している。このため、燃料電池スタックのセル端子は、セル電圧を処理する処理回路（ＥＣＵ）と接続されている。この燃料電池スタックのセル端子と処理回路とを接続するコネクタとの間は、リード線からなるハーネスで接続されており、セル端子数に応じたハーネスの本数が接続されている。
【０００３】
図４は、従来の接続構造の概略を示す斜視図である。燃料電池スタック２１を構成する単セル２２に備えたセパレータ３２から延在して設けられた少なくとも１個のセル端子２３が、コネクタ２４及びハーネス２５を経由して回路基板３０へ接続されている。回路基板３０の処理回路で処理された電気信号は、ハーネスコネクタ３１を経由してハーネス３４によって不図示の制御装置へ導かれる。
【０００４】
このような、燃料電池スタックの単セルのセル電圧を導通するセパレータにセル電圧を測定するためのセル端子を設け、このセル端子毎に電圧を導通する複数のリード線（ハーネス）を付けたソケットをハーネスコネクタとして取り付けた例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３３９８２８号公報（第３頁、図８、図９）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セル端子に接続されるコネクタと処理回路からなる回路基板との間は、リード線などからなるハーネスで接続されており、セル数又はセル端子数に応じた数のハーネスが配設され、このハーネスによる接続構造自体に信頼性が低いという問題があった。
【０００７】
また、コネクタと回路基板との間には、多くのリード線がハーネスとして配設されているので、取り扱いが容易でないという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、信頼性が高く、取り扱いの容易なコンパクトな接続構造を有する、コネクタと回路基板との一体化構造体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明の請求項１に記載の発明は、燃料電池スタックのセル電圧の出力信号を処理する処理回路と、燃料電池のセパレータから延在して設けられたセル端子に前記処理回路を接続するコネクタと、前記処理回路と前記コネクタとを包囲するケーシングとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、燃料電池スタックのセル電圧の出力信号（出力レベル）を処理する処理回路と、燃料電池のセパレータから延在して設けられたセル端子に処理回路を接続するコネクタとを一体にし、セル端子とコネクタとの接続箇所を無くしたため、接続に関して信頼性を向上することができ、小型化することができる。さらに、コネクタと処理回路とを包囲するケーシングを備えたため、ケーシングでコンパクトにまとめられ、外界から遮蔽されるため処理回路の保護が確実にできると共に、ユニットとして取り扱いを容易にすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るコネクタと回路基板との一体化構造体の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るコネクタと回路基板との一体化構造体の概略を示す斜視図である。図１に示すように、燃料電池スタック１は、多くの単セル２を積層して構成され、この単セル２から発生した電圧を導くため、セパレータ１２から延在して設けられたセル端子３を備えている。このセル端子３はコネクタ４に接続されている。このコネクタ４は、単セル２のセル電圧（出力レベル）を監視・処理する処理回路からなる回路基板１０と一体に形成されている。この回路基板１０から出力した電気信号は、ハーネスコネクタ１１及びハーネス１４を経て不図示の制御装置に導かれている。また、これらのセル端子３のコネクタ４及び回路基板１０は、ケーシング９によって覆われていて、コンパクトな箱状に形成され、外界から遮蔽されて保護されている。
【００１２】
図２は、本発明の一実施形態に係るコネクタと回路基板との一体化構造体の概略を示した図であり、図２（ａ）は、図１のＡ矢視断面図、図２（ｂ）は、図１のＢ矢視一部断面図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、燃料電池を効率的に用いるために、燃料電池スタック１のセル電圧を監視・処理する処理回路を燃料電池スタック１のセル端子３に接続している。詳しい説明は省略するが、燃料電池スタック１の単セル２は、アノード電極６とカソード電極７との間に電解質膜１３を挟持したものであり、この燃料電池スタック１の単セル２で発生したセル電圧が燃料電池自動車など様々な用途に用いられる。
【００１３】
このセル電圧は、燃料電池スタック１を構成する単セル２に燃料である水素がアノード電極６に、空気などの酸化剤がカソード電極７に供給されて発生する。ここで発生したセル電圧は、セパレータ１２から延在して設けられたセル端子３から電圧として取り出される。
【００１４】
このように単セル２で発生したセル電圧は、セル端子３から導出される。このセル端子３は、コネクタ４のコネクタ接点８に接続され、コネクタ４と一体に設けられた少なくとも一つの回路基板１０に接続される。
【００１５】
次に、以上の構成を備えたコネクタ４と回路基板１０の一体化構造体の動作について説明する。図３は、燃料電池スタック１を構成する単セル２において、セル電圧が発生する様子を示す断面説明図である。図３において、燃料電池スタック１には、燃料である水素が加湿されてアノード電極６に供給され、アノード電極６において電子とプロトンとに解離する。解離した電子は外部の不図示の負荷を経由してカソード電極７に移動することによって電流が流れ、電位差を発生し、セル電圧を得ることができる。一方、プロトンは電解質膜１３中をカソード電極７に移動して、カソード電極７において酸化剤ガス（空気など）により酸化されて水を生じる。
【００１６】
このように単セル２で発生したセル電圧は、セパレータ１２から延在して設けられたセル端子３で検出される。このセル端子３は、コネクタ４のコネクタ接点８に接触し、コネクタ４と一体に設けられた少なくとも一つの回路基板１０（図２参照）に接続される。セル端子３で検出されるセル電圧は、回路基板に設けられた処理回路によって電気信号に処理される。
【００１７】
燃料電池スタック１の上面にセパレータ１２から延在して設けられたセル端子３用のコネクタ４が設けられ、処理回路を構成した回路基板１０に接続されている（図２参照）。この処理回路からなる回路基板１０は、セパレータ１２から延在して設けられたセル端子３を、たとえば２個有し、一方は上側にセル電圧の監視用として、他方は下側にＯＣＶ（Open Circuit Voltage）低減基板として接続されており、垂直方向の上下に設けられて平面的なスペースを少なくしたユニットにしている。
【００１８】
このように、セル端子３と接続するコネクタ４と回路基板１０を一つのユニットとして構成させ、このコネクタ４と回路基板１０からなるユニットをケーシング９によって包囲し、セル電圧を監視・処理している。
【００１９】
本発明は、セル端子３のコネクタ４と、セル電圧の監視や、ＯＣＶ低減回路を電気処理する回路基板１０とを直接一体に接続させる構造にすることによって結線を省略し、信頼性を高めると共に小型化している。
【００２０】
また、燃料電池スタック１のセル電圧の出力信号（出力レベル）を処理する処理回路と、燃料電池のセパレータ１２から延在して設けられたセル端子３に処理回路を接続するコネクタ４とを一体にしたため、接続箇所の信頼性を向上することができ、小型化することができる。さらに、コネクタ４と処理回路の回路基板１０とをケーシング９によって包囲したため、コンパクトにまとめられ、外界から遮蔽されることによって処理回路の保護を確実にすることができると共に、ユニット化されているため取り扱いを容易にすることができる。
【００２１】
以上好ましい実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更が可能である。例えば、本実施形態では、２個の回路基板とコネクタを一体化した、コネクタと回路基板の一体化構造体について説明したが、さらに回路基板を複数設けてコネクタと一体化するようにしても良い。もちろん、１個の回路基板と一体化するようにしても良い。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、燃料電池スタックのセル電圧の出力信号（出力レベル）を処理する処理回路と、燃料電池のセパレータから延在して設けられたセル端子に処理回路を接続するコネクタとを一体にしたため、コネクタとセル端子との接続箇所の信頼性を向上することができ、小型化することができる。さらに、コネクタと処理回路とを包囲するケーシングとを備えたため、ケーシングでコンパクトにまとめられ、外界から遮蔽されるため処理回路の保護を確実にすることができると共に、ユニット化されているため取り扱いを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るコネクタと回路基板との一体化構造体の概略を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るコネクタと回路基板との一体化構造体の概略を示す図であり、（ａ）は、図１のＡ矢視断面図、（ｂ）は、図１のＢ矢視一部断面図である。
【図３】セル電圧が発生する様子を示す断面説明図である。
【図４】従来の接続構造の概略を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池スタック
２ 単セル
３ セル端子
４ セル端子コネクタ
５ ハーネス
６ アノード電極
７ カソード電極
８ コネクタ接点
９ ケーシング
１０ 回路基板
１１ ハーネスコネクタ
１２ セパレータ
１３ 電解質膜
１４ ハーネス
Claims (1)
- 燃料電池スタックのセル電圧の出力信号を処理する処理回路と、
燃料電池セパレータから延在して設けられたセル端子に前記処理回路を接続するコネクタと、
前記処理回路と前記コネクタとを包囲するケーシングと、
を備えたことを特徴とするコネクタと回路基板との一体化構造体。
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| JP2002291620A JP3674922B2 (ja) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | コネクタと回路基板との一体化構造体 |
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| US10/676,060 US7258943B2 (en) | 2002-10-03 | 2003-10-03 | Fuel cell |
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|---|---|---|---|
| JP2002291620A JP3674922B2 (ja) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | コネクタと回路基板との一体化構造体 |
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|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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- 2002-10-03 JP JP2002291620A patent/JP3674922B2/ja not_active Expired - Fee Related
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