JP3909760B2 - Fuel cell - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に関し、特に、その各セルの電圧測定に用いる端子やコネクタの防水構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極とを対設した膜電極構造体を、良好な導電性を有する金属やカーボン製のセパレータにより挟持した、いわゆる単セルを複数積層することにより構成された燃料電池が知られている。燃料電池においては、アノード側電極に供給された燃料ガスは、触媒電極上でイオン化され、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介してカソード側電極へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。こうした電気エネルギを取り出し続けるには、各セルが良好に機能している必要がある。
【0003】
このような燃料電池の運転時において各セルが正常な状態にあるかどうかを知るために、各セルを構成するセパレータ間の電圧測定を行っている。例えば、下記特許文献1に記載された燃料電池では、図5(a)及び(b)に示すように
セパレータ11Aに形成された端子19Bにソケット状のコネクタ27Aを差し込むことによりその電圧が測定されている(たとえば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−339828号公報(第3頁、第8,9図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池では、外部から進入する水分によるセル間の短絡を回避するために、端子周りに防水を施さなければならない。しかしながら、積層されたセパレータの数に等しい、数百もある端子ごとに個別に防水部材を設けるには、煩雑を極める。
そこで、本発明の課題は、端子ごとに個別に防水部材を設けることなく、複数の端子からなる端子群をまとめて防水することができる防水機構を備えた燃料電池を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明は、複数のセパレータが積層され、その各セパレータの一端面から延在する端子を備える燃料電池であって、前記端子を挿通するための複数の貫通孔が下面から上面に向かって貫通するように形成されているパッキンと、このパッキンの側面を包囲し、かつ下面を支持するパッキン収納部を有するとともに、前記端子を前記パッキン収納部内に導くための複数の貫通孔を有するケーシングと、前記パッキンを上方から押圧する押圧面を有するコネクタ部材とを備えることを特徴とする。
【0007】
本発明の燃料電池では、セパレータから延在する端子が、ケーシングの貫通孔、ケーシングのパッキン収納部に収納されたパッキンの貫通孔及びコネクタ部材の貫通孔をこの順番で貫いている。そして、パッキン収納部に収納されたパッキンの上面は、コネクタ部材の押圧面で上方から押圧されている。このように押圧されたパッキンは、パッキンの下面がパッキン収納部で支持されているので、押しつぶされて横嵩を増している。その一方で、パッキンの側面は、パッキン収納部で包囲されているので、パッキンの貫通孔に受け入れられている端子の周囲はパッキンと密着する。その結果、端子周りの防水の実効性があがることになる。
このようにして端子周りに防水を施すにあたって、パッキンが複数の端子をまとめてシールするので、端子の防水構造を簡単にすることができる。また、端子とパッキンとを密着させるために、パッキンを上方から押しつぶす構造になっているので、防水構造を薄くすることができ、その結果、燃料電池を小型化することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る燃料電池の詳細について説明する。
参照する図面において、図1は本発明に係る燃料電池を示す分解斜視図、図2は、端子周りの部分拡大斜視図、図3(a)は、端子へのコネクタモジュールの取付例を示す断面図、図3(b)は、図3(a)のX−X線における矢視図、図4(a)は、端子へのコネクタモジュールの取付例を示す断面図、図4(b)は、図4(a)のY−Y線における矢視図である。
【0009】
図1に示すように、燃料電池FCは、図示しない膜電極構造体を挟み込むセパレータ11が複数積層されるとともに、これらが燃料電池ボックスBに収納されて構成されている。また、この燃料電池FCは、隣り合うセパレータ11間の電圧を測定するためのコネクタモジュール12を備えている。
【0010】
セパレータ11には、その上端面から上方に向かって端子13が延在している。複数のセパレータ11に形成される複数の端子13は、これらのセパレータ11が積層された状態において、所定個数の端子13を一塊とした複数の端子群13Aに分けられている。ここで図2を併せて参照すると明らかなように、この端子群13Aを構成する端子13は、隣り合うセパレータ11から延びるもの同士が所定間隔で交互にずらされて2筋の列を形成している。そして、これら複数の端子13は、セパレータ11から延びるその基部14が樹脂で被覆されている。
【0011】
コネクタモジュール12は、端子群13Aの各端子13に接続されるコネクタ15を一体に有するコネクタ部16(コネクタ部材)と、このコネクタ部16よりも狭い幅で形成される本体部17とを有している。
コネクタ部16のセパレータ11と向き合う面、すなわちコネクタ部16の下面には、後記するケーシング21に形成されるパッキン収納部22に嵌合し得る凸条16aが形成されている。この凸条16aは、その上面で後記するパッキン収納部に収納されたパッキンの上面を押圧するもの(押圧面)である。以下、この上面を「押圧面16b」という。そして、このコネクタ部16には、押圧面16bからコネクタ15方向に向けて貫通する複数の貫通孔16c(図4(a)参照)が形成されている。この貫通孔16cは、端子群13Aを構成する端子13の配列に合わせて形成されており、後記するように、端子13は、この貫通孔を介してコネクタ15と接続されるようになっている。
【0012】
本体部17内には、コネクタ部16の各コネクタ15から検出された各セパレータ11間の電圧を測定する回路基板18が設けられている。この回路基板18で測定された電圧は、ハーネスHを介してその電圧を処理するECU(図示せず)に出力される。
【0013】
この燃料電池FCは、さらに端子13周りを防水するための防水機構を備えている。この防水機構は、パッキン19と、ケーシング21とを備えている。
このパッキン19には、下面から上面に向かってこのパッキンを貫く貫通孔19aが形成されている。この貫通孔19aは、端子群13Aを構成する端子13の配列に合わせて形成されており、各端子13が挿通されるようになっている。
【0014】
このパッキン19には、弾性材料を使用することができ、この弾性材料としては、例えば、ニトリルゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、フッ素ゴム(FKM、FFKM)、アクリルゴム(ACM)、シリコーンゴム(VMQ、FVMQ)、ウレタンゴム(AU、EU)、エチレンプロピレンゴム(EPM、EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、クロロスルフォン化ポリエチレン(CSM)、エピクロルヒドリンゴム(CO、ECO)、イソプレンゴム(IR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、ノボルネンゴム(NOR)、天然ゴム、その他熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
【0015】
ケーシング21は、パッキン19の形状を略象った形状の凹部からなるパッキン収納部22を備えている。したがって、パッキン収納部22は、これに収納されたパッキン19の下面をその底面で支持するとともに、パッキン19の側面をその内壁で包囲するようになっている。また、ケーシング21には、パッキン収納部22に収納されたパッキン19の前記した貫通孔19aの延長線上で、貫通孔21aを備えている。この貫通孔21aを介して、前記端子13は、パッキン収納部22内に導かれる。
【0016】
次に、端子13へのコネクタモジュール12の取付工程を示しながら、端子13周りの防水方法について説明する。
ここで再び図1を参照すると、まず、各端子13をケーシング21の各貫通孔21aに挿通するとともに、ケーシング21を燃料電池ボックスBにネジ23で固定する。固定されたケーシング21のパッキン収納部22では、貫通孔21aに挿通された端子13が、パッキン収納部21aの底面から上方に向けて突出する。
【0017】
次いで、突出した端子13をパッキン19の貫通孔19aに差し込むようにして、パッキン19をパッキン収納部22に収納する。このとき、図3(a)に示すように、端子13の先端は、パッキン19から上方に向けて突出するとともに、樹脂で被覆された端子の基部14は、パッキン19の貫通孔19a内に配置される。そして、パッキン19の下面は、パッキン収納部22の底面に支持されるとともに、パッキン19の側面は、図3(b)を併せて参照すると明らかなように、パッキン収納部22の内壁に包囲されている。なお、このとき、端子13の周囲では、パッキン19との間に間隙Apが形成されている。
【0018】
次に、図4(a)に示すように、パッキン19から突出する端子13をコネクタ部16の貫通孔16cに差し込むようにして、コネクタモジュール12を端子群13Aに取り付ける(図1参照)。そして、コネクタモジュール12の平面形状と同じ形状の平板からなる蓋体25を介してネジ24でコネクタモジュール12を燃料電池ボックスBに固定すると、コネクタ部16の押圧面16bは、パッキン19を上方向から押しつぶす。このとき、パッキン19の下面は、パッキン収納部22の底面に支持されているので、パッキン19が押しつぶされるにしたがって、パッキン19の横幅が広がる。その一方で、パッキン19の側面がパッキン収納部22の側壁に包囲されているので、パッキン19は、図4(b)に示すように、端子13の周囲の間隙を埋めていく。その結果、端子13とパッキン19とは密着するので、たとえ、燃料電池FCが水に晒されても、端子13の基部14からコネクタモジュール12内に水が浸入することは避けられる。したがって、セル間の短絡が防止されるとともに、回路基板18への水の浸入が防止される。
【0019】
このような燃料電池FCによれば、パッキン19が端子群13Aを構成する端子13のそれぞれをまとめてシールするので、端子の防水構造を簡単にすることができるとともに、端子13とコネクタ15との接続を簡便に行うことができる。
また、この燃料電池FCは、端子13とパッキン19とを密着させるために、パッキン19を上方から押しつぶす構造になっているので、コネクタモジュール12の総厚を薄くすることができ、その結果、燃料電池FCを小型化することができる。
【0020】
以上、本発明は、前記実施の形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。本実施の形態では、パッキン19を端子群13Aにおける端子13の配列に応じて、一対配置したが、パッキン19の個数はこれに限定されるものではない。すなわち、パッキン19の個数は、端子群13Aの配列に応じて適宜に設定すればよく、例えば、端子群13Aが1列に並んだ端子13で構成されている場合には、1つのパッキン19が配置されていればよい。
【0021】
また、コネクタ部16の押圧面16bは、凸条16aの上面に形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、押圧面16bが、パッキン収納部22に収納されたパッキン19の上面を押圧するものであればよい。したがって、例えば、パッキン19の厚みをパッキン収納部22の深さより厚く設定することによって、パッキン19の上面近傍がパッキン収納部22から上方に向けて突出するようにパッキン19を配置するとともに、コネクタ部16のセパレータ11と向き合う面を平坦面としてもよい。
また、コネクタモジュール12の本体部17には、測定した電圧を処理するECUが組み込まれた回路基板18を配置してもよい。このような回路基板18を配置すれば、ハーネスH内のケーブル数を少なくすることができるので、ハーネスHの外径を細くすることができ、燃料電池をよりコンパクトにすることができる。
【0022】
【発明の効果】
本発明の燃料電池によれば、端子ごとに個別に防水部材を設けることなく、複数の端子からなる端子群をまとめて防水することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃料電池を示す分解斜視図である。
【図2】端子周りの部分拡大斜視図である。
【図3】図3(a)は、端子へのコネクタモジュールの取付例を示す断面図、図3(b)は、図3(a)のX−X線における矢視図ある。
【図4】図4(a)は、端子へのコネクタモジュールの取付例を示す断面図、図4(b)は、図4(a)のY−Y線における矢視図ある。
【図5】図5(a)及び図5(b)は、従来の燃料電池におけるセルの端子とその端子に接続されるコネクタとの接続構造を示す概略図である。
【符号の説明】
FC 燃料電池
11 セパレータ
13 端子
16 コネクタ部
16b 押圧面
19 パッキン
21 ケーシング
22 パッキン収納部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a waterproof structure for terminals and connectors used for voltage measurement of each cell.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a plurality of so-called single cells, in which a membrane electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between metal or carbon separators having good conductivity, are laminated. A fuel cell configured by doing so is known. In the fuel cell, the fuel gas supplied to the anode side electrode is ionized on the catalyst electrode, and moves to the cathode side electrode through the solid polymer electrolyte membrane appropriately humidified. Electrons generated in the meantime are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. In order to continue to extract such electric energy, each cell needs to function well.
[0003]
In order to know whether or not each cell is in a normal state during the operation of such a fuel cell, voltage measurement between separators constituting each cell is performed. For example, in the fuel cell described in Patent Document 1 below, the voltage is measured by inserting a socket-
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-339828 (page 3, FIGS. 8, 9)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a fuel cell, in order to avoid a short circuit between cells due to moisture entering from the outside, the terminals must be waterproofed. However, it is extremely complicated to provide a waterproof member for each of several hundred terminals equal to the number of separators stacked.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell including a waterproof mechanism capable of waterproofing a terminal group composed of a plurality of terminals collectively without providing a waterproof member individually for each terminal.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that has solved the above problems is a fuel cell comprising a plurality of separators stacked and a terminal extending from one end face of each separator, wherein a plurality of through holes for inserting the terminals are provided from the lower surface to the upper surface. A packing that is formed so as to pass through the packing, a packing storage portion that surrounds the side surface of the packing and supports the lower surface, and a plurality of through holes for guiding the terminals into the packing storage portion. And a connector member having a pressing surface for pressing the packing from above.
[0007]
In the fuel cell of the present invention, the terminal extending from the separator passes through the through hole of the casing, the through hole of the packing housed in the packing housing portion of the casing, and the through hole of the connector member in this order. And the upper surface of the packing accommodated in the packing accommodating part is pressed from above by the pressing surface of the connector member. Since the lower surface of the packing is supported by the packing storage portion, the pressed packing is crushed and increases in lateral bulk. On the other hand, since the side surface of the packing is surrounded by the packing storage portion, the periphery of the terminal received in the through hole of the packing is in close contact with the packing. As a result, the effectiveness of waterproofing around the terminal is improved.
In this way, when waterproofing around the terminals, the packing collectively seals the plurality of terminals, so that the waterproof structure of the terminals can be simplified. Further, since the packing is crushed from above in order to bring the terminal and the packing into close contact with each other, the waterproof structure can be made thin, and as a result, the fuel cell can be miniaturized.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the details of the fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In the drawings to be referred to, FIG. 1 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to the present invention, FIG. 2 is a partially enlarged perspective view around a terminal, and FIG. 3A is a cross section showing an example of attachment of a connector module to a terminal. 3B is an arrow view taken along line XX in FIG. 3A, FIG. 4A is a cross-sectional view showing an example of attaching the connector module to the terminal, and FIG. FIG. 5 is a view taken along the line YY in FIG.
[0009]
As shown in FIG. 1, the fuel cell FC is configured such that a plurality of
[0010]
A
[0011]
The
On the surface of the
[0012]
A
[0013]
The fuel cell FC further includes a waterproof mechanism for waterproofing the periphery of the terminal 13. This waterproof mechanism includes a packing 19 and a
The packing 19 is formed with a through
[0014]
An elastic material can be used for the packing 19, and examples of the elastic material include nitrile rubber (NBR), hydrogenated nitrile rubber (HNBR), fluorine rubber (FKM, FFKM), and acrylic rubber (ACM). , Silicone rubber (VMQ, FVMQ), urethane rubber (AU, EU), ethylene propylene rubber (EPM, EPDM), chloroprene rubber (CR), chlorosulfonated polyethylene (CSM), epichlorohydrin rubber (CO, ECO), isoprene rubber (IR), styrene butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), nobornene rubber (NOR), natural rubber, and other thermoplastic elastomers.
[0015]
The
[0016]
Next, a waterproofing method around the terminal 13 will be described while showing a process of attaching the
Referring again to FIG. 1, first, each terminal 13 is inserted into each through
[0017]
Next, the packing 19 is stored in the
[0018]
Next, as shown in FIG. 4A, the
[0019]
According to such a fuel cell FC, since the packing 19 seals each of the
Further, since the fuel cell FC has a structure in which the packing 19 is crushed from above in order to bring the terminal 13 and the packing 19 into close contact with each other, the total thickness of the
[0020]
As mentioned above, this invention is implemented in various forms, without being limited to the said embodiment. In the present embodiment, a pair of
[0021]
Moreover, although the
Further, a
[0022]
【The invention's effect】
According to the fuel cell of the present invention, a terminal group consisting of a plurality of terminals can be collectively waterproofed without providing a waterproof member individually for each terminal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged perspective view around a terminal.
3A is a cross-sectional view showing an example of attaching a connector module to a terminal, and FIG. 3B is an arrow view taken along line XX in FIG. 3A.
4A is a cross-sectional view showing an example of attachment of a connector module to a terminal, and FIG. 4B is an arrow view taken along line YY in FIG. 4A.
FIGS. 5 (a) and 5 (b) are schematic views showing a connection structure between a cell terminal and a connector connected to the terminal in a conventional fuel cell.
[Explanation of symbols]
Claims (1)
前記端子を挿通するための複数の貫通孔が下面から上面に向かって貫通するように形成されているパッキンと、このパッキンの側面を包囲し、かつ下面を支持するパッキン収納部を有するとともに、前記端子を前記パッキン収納部内に導くための複数の貫通孔を有するケーシングと、前記パッキンを上方から押圧する押圧面を有するコネクタ部材とを備えることを特徴とする燃料電池。A fuel cell comprising a plurality of separators and terminals extending from one end face of each separator,
A plurality of through holes for inserting the terminals are formed so as to penetrate from the lower surface toward the upper surface, and have a packing storage portion that surrounds the side surface of the packing and supports the lower surface, A fuel cell, comprising: a casing having a plurality of through holes for guiding terminals into the packing housing portion; and a connector member having a pressing surface for pressing the packing from above.
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