JP4187956B2 - 燃料電池のセル電圧検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池のセル電圧を検出するセル電圧検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池自動車等に搭載される燃料電池には、図5に示すように、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜91をアノード92とカソード93とで両側から挟み込み、さらにその外側を一対のセパレータ94,94で挟持して形成されたセル95を多数積層して構成されたスタックからなり、各セル95に、燃料ガス(例えば、水素ガス)が供給される燃料ガス路96と、酸化剤ガス(例えば、空気)が供給される酸化剤ガス路97とを備えたものがある。
この燃料電池においては、アノード92で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜91を通過してカソード93まで移動し、カソード93で酸素と電気化学反応を起こして発電する。
【0003】
このように構成された燃料電池では、正常でないセル(すなわち、故障あるいは劣化したセル)の早期発見等のために各セル95の発電状態を管理する必要があり、そのためにセル毎に電圧(以下、セル電圧という)の検出を行っている。そして、セル電圧を検出するために、各セル95の一対のセパレータ94,94を制御装置(ECU)100の電圧検出回路101に接続している。
【0004】
ここで、電圧検出回路101に接続されたハーネス102とセパレータ94との接続構造に関する従来技術として、特開平9−283166号公報に開示されたものがある。この公報に開示された接続構造は、各セパレータに端子取り付け用の孔を開け、この孔に各ハーネスの先端に設けた出力端子を差し込んで接続するというものである。
また、別の接続構造としては、セパレータに電圧測定用の出力端子を設け、各ハーネスの先端にコネクターを設けて、セパレータの各出力端子に前記コネクターを接続するものもある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の接続構造はいずれの場合も、振動等を受けた時に接続部が緩んだり外れ易いという問題があった。特に、車載用の燃料電池では燃料電池に振動が加わる機会が多く、無視できない問題であった。
また、接続部が露出しているため、被水し易いという不具合があった。
そこで、この発明は、燃料電池のセパレータと電圧検出手段との電気的接続の確実性向上と、防水性向上を図ることができる燃料電池のセル電圧検出装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、燃料電池(例えば、後述する実施の形態におけるスタック40)のセパレータ(例えば、後述する実施の形態におけるセパレータ41)に当接させる端子(例えば、後述する実施の形態における端子6)と、該端子を通じて前記燃料電池のセル電圧を検出する電圧検出手段(例えば、後述する実施の形態における制御装置4)と、を備えた燃料電池のセル電圧検出装置(例えば、後述する実施の形態におけるセル電圧検出装置1)であって、前記端子の一端を保持し、前記燃料電池を包囲する燃料電池カバー(例えば、後述する実施の形態における燃料電池カバー30)に開口された端子口(例えば、後述する実施の形態における端子口34)を介して前記端子と前記セパレータとを当接させ、脚部(例えば、後述する実施の形態における脚部7)を前記端子口の周囲に当接させる端子ホルダ(例えば、後述する実施の形態における端子ホルダ2)と、内面が前記端子ホルダの頭部(例えば、後述する実施の形態における頭部8)に当接するとともに前記端子口の周囲を覆って前記燃料電池カバーに係止される端子カバー(例えば、後述する実施の形態における端子カバー3)と、を備えることを特徴とする燃料電池のセル電圧検出装置である。
このように構成することにより、燃料電池カバーと端子カバーで端子ホルダを挟持し移動不能にすることが可能になり、さらに、燃料電池カバーと端子ホルダと端子カバーとを一体にすることが可能になる。また、端子ホルダと燃料電池カバーの端子口を端子カバーで覆うことが可能になる。
【0007】
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載の発明において、前記燃料電池カバーは複数の前記端子口(例えば、後述する実施の形態における端子口34,34)を有し、前記端子カバーは複数の前記端子口を覆い、前記電圧検出手段は、前記端子カバーで覆われる複数の前記端子口の間に配置されることを特徴とする。
このように構成することにより、端子口と端子口の間のスペースを有効利用することが可能になる。
【0008】
請求項3に記載した発明は、請求項1または請求項2に記載の発明において、前記端子ホルダは、前記脚部の先端と前記頭部の先端の少なくとも一方に弾性体(例えば、後述する実施の形態におけるクッション10)を有することを特徴とする。
このように構成することにより、弾性体で振動を吸収することが可能になる。
【0009】
請求項4に記載した発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の発明において、前記端子ホルダは、前記端子口を跨いで配置される一対の前記脚部(例えば、後述する実施の形態における脚部7,7)を有し、この一対の脚部の間で前記端子の一端を保持することを特徴とする。
このように構成することにより、端子カバーから端子ホルダに荷重が加わったときにも、端子ホルダが変位しにくくなり、その結果、端子が変位しにくくなる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図1から図4の図面を参照して説明する。
図1および図2に示すように、セル電圧検出装置1は、スタック(燃料電池)40を包囲する燃料電池カバー30の上部に設置されている。スタック40の基本的構造については従来のものと同じであるので説明を省略し、図2においてその一構成要素であるセパレータ41を図示するに留める。
【0011】
燃料電池カバー30は、スタック40の底部を囲う底板31と、スタック40の側部を囲う側板32と、スタック40の上部を囲う天板33とから構成されており、天板33には、その両側縁に沿って細長い端子口34が二つ開口している。天板33における端子口34の周縁は、異物(水滴等)が入りにくいように若干上方に立ち上がっている。
スタック40のセパレータ41は金属板をプレス成形して形成されたものであり、その上辺の端部寄りにはセル電圧測定用の出力端子42が上方に延設されている。なお、この実施の形態では、セパレータ41の出力端子42は、セパレータ41の積層順にセパレータ41の右端部側と左端部側に交互に配置されている。これら右端部側の出力端子42と左端部側の出力端子42は、燃料電池カバー30の右側の端子口34あるいは左側の端子口34を挿通して上方に突出している。
【0012】
一方、セル電圧検出装置1は、図2および図3に示すように、燃料電池カバー30の各端子口34を塞ぐように配置される二つの端子ホルダ2と、両端子ホルダ2を上から覆う端子カバー3と、端子カバー3の上に設置される制御装置(電圧検出手段)4から構成されている。
端子ホルダ2は、図4に示すように、略逆T字形断面をなす長尺のホルダ本体5と、セパレータ41の出力端子42に当接可能なセル電圧測定用の端子6を備えている。詳述すると、ホルダ本体5は、端子口34を跨いで配置される一対の脚部7,7と、これら脚部7,7を連結するとともに上方に膨出する頭部8からなり、端子6の上端(一端)が、両脚部7,7の間、すなわち頭部8の下部に埋め込まれるようにして固定されており、ホルダ本体5から露出する端子6の下端がセパレータ41の出力端子42に当接可能となる。なお、ホルダ本体5は絶縁材料で形成されており、樹脂を射出成形あるいは金属をプレス成形して製造することができる。
【0013】
また、ホルダ本体5には各端子6に接続されるハーネス(図示せず)も埋め込まれており、そのハーネスの束9がホルダ本体5から引き出されている。
また、ホルダ本体5の各脚部7の下面(先端)と頭部8の上面(先端)には、ゴム等の弾性材からなるクッション(弾性体)10が取り付けられている。そして、脚部7,7の下面はクッション10を介して、燃料電池カバー30の天板33における端子口34の周囲(正確に言えば端子口34の両側)に当接させている。
端子ホルダ2の各端子6とこれに対応するセパレータ41の各出力端子42は、端子ホルダ2を端子口34の上方から下方に押し付けることにより、ワンタッチで互いに当接し接続できるようになっている。これにより、端子ホルダ2の端子6とセパレータ41の出力端子42は端子口34を介して当接する。
【0014】
端子カバー3は、下部を開口させた細長い箱状の一対のキャップ部11,11と、両キャップ部11,11を連結する平板状の連結板12が一体となって構成されている。各キャップ部11は各端子ホルダ2を上から覆って収容し、キャップ部11の頂部内面はホルダ本体5の頭部8にクッション10を介して当接している。
また、キャップ部11の下部周縁から張り出したフランジ部13が燃料電池カバー30の天板33にボルト14で固定されている。つまり、端子カバー3は、その内面がクッション10を介して端子ホルダ2の頭部8に当接するとともに、端子口34の周囲を覆って燃料電池カバー30に係止されており、端子ホルダ2は燃料電池カバー30と端子カバー3によって挟持されている。
【0015】
そして、端子カバー3の連結板12は、燃料電池カバー30の天板33の上において両端子口34,34の間に載置されており、この連結板12の上に制御装置4が取り付けられている。すなわち、制御装置4は両端子口34,34の間に配置されている。制御装置4はスタック40の各セル電圧を検出する電圧検出回路を備えており、その電圧検出回路に端子ホルダ2の各端子6がハーネスを介して接続されている。そして、端子6と出力端子42との接続により、各セパレータ41が制御装置4の電圧検出回路に接続される。
【0016】
このように構成されたセル電圧検出装置1においては、燃料電池カバー30の天板33と端子カバー3のキャップ部11で端子ホルダ2を挟持し、端子ホルダ2を移動不能にすることができるので、端子ホルダ2の端子6とセパレータ41の出力端子42との接続状態を確実に保持することができ、端子6と出力端子42が外れたり接触不良になるのを確実に阻止することができる。
【0017】
さらに、端子ホルダ2の脚部7と燃料電池カバー30の天板33との間、および、端子ホルダ2の頭部8と端子カバー3のキャップ部11との間に、それぞれクッション10が設けられているので、燃料電池カバー30あるいは端子カバー3に振動が加わった時にその振動をクッション10で吸収することができる。したがって、端子ホルダ2の振動を防止することができるので、端子ホルダ2の端子6とセパレータ41の出力端子42との接続状態を確実に保持することができ、端子6と出力端子42が外れたり接触不良になるのを確実に阻止することができる。
【0018】
さらにその上、端子ホルダ2の脚部7,7が端子口34を跨いで端子口34の両側の天板33にクッション10を挟んで当接しており、且つ、両脚部7,7の間で端子6の上端を保持しているので、端子カバー3のキャップ部11を介して上から端子ホルダ2に荷重が加わったときにも、端子ホルダ2が下方に変位することがなく、したがって、端子6も変位しないので、端子ホルダ2の端子6とセパレータ41の出力端子42との接続状態を確実に保持することができ、端子6と出力端子42が外れたり接触不良になるのを確実に阻止することができる。
【0019】
また、燃料電池カバー30と端子カバー3が端子ホルダ2を挟持することにより一体化されるので、燃料電池カバー30の剛性が向上し、全体としてスタック40が捻れにくくなる。
また、端子ホルダ2と燃料電池カバー30の端子口34を端子カバー3のキャップ部11で覆っているので、端子ホルダ2の端子6とセパレータ41の出力端子42との接続部が被水するのを防止することができるとともに、端子口34から燃料電池カバー30内に水が侵入するのを防止することができる。
【0020】
さらに、制御装置4を燃料電池カバー30の両端子口34,34の間に配置し、端子カバー3の両キャップ部11の間に形成される空間に設置したので、スペースの有効利用により装置の小型化を図ることができる。
また、端子ホルダ2を端子口34の上に位置させて上から押さえ込むだけで、端子ホルダ2の多数の端子6を一度に各セパレータ41の出力端子42に接続することができるので、組み立てやメンテナンスが容易にできる。
【0021】
〔他の実施の形態〕
尚、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。例えば、前述した実施の形態では、端子ホルダ2の脚部7の先端と頭部8の先端の両方にクッション10を設けたが、クッション10は脚部7の先端あるいは頭部8の先端のいずれか一方にだけ設けても振動を吸収することが可能である。
また、前述した実施の形態では、セパレータ41に出力端子42を突設してこの出力端子42を燃料電池カバー30の端子口34から外方へ突出させ、その出力端子42に、端子ホルダ2の端子6を当接させるようにしているが、出力端子42を端子口34から外方へ突出させないで、端子ホルダ2の端子6を端子口34から燃料電池カバー30内に挿入させて、燃料電池カバー30内に位置している出力端子42に当接させるようにしてもよい。
また、前述した実施の形態では、制御装置4を端子カバー3の外側に配置したが、端子カバー3の内部に収納してもよい。このようにすると、制御装置4が被水するのを防止することもでき、より好ましい。
【0022】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項1に記載した発明によれば、燃料電池カバーと端子カバーで端子ホルダを挟持し移動不能にすることができるので、端子ホルダの端子とセパレータとの接続状態を確実に保持することができるという優れた効果が奏される。また、燃料電池カバーと端子ホルダと端子カバーの一体化により、装置の剛性が向上するという効果もある。さらに、端子ホルダと燃料電池カバーの端子口を端子カバーで覆うことができるので、端子とセパレータとの接続部が被水するのを防止することができるという優れた効果が奏される。
【0023】
請求項2に記載した発明によれば、端子口と端子口の間のスペースを有効利用して、装置の小型化を図ることができるという効果がある。
請求項3に記載した発明によれば、弾性体で振動を吸収することが可能になるので、振動を受けても端子ホルダの端子とセパレータとの接続状態を確実に保持することができるという優れた効果が奏される。
請求項4に記載した発明によれば、端子カバーから端子ホルダに荷重が加わったときにも、端子ホルダが変位しにくくなって、端子が変位しにくくなるので、端子とセパレータとの接続状態を確実に保持することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施の形態におけるセル電圧検出装置とこれを装備した燃料電池の組立外観斜視図である。
【図2】 前記実施の形態におけるセル電圧検出装置とこれを装備した燃料電池の縦断面図である。
【図3】 前記実施の形態におけるセル電圧検出装置の分解斜視図である。
【図4】 前記実施の形態における端子ホルダの一部を破断して示した図である。
【図5】 燃料電池の概略断面図である。
【符号の説明】
1 セル電圧検出装置
2 端子ホルダ
3 端子カバー
4 制御装置(電圧検出手段)
6 端子
7 脚部
8 頭部
10 クッション(弾性体)
30 燃料電池カバー
34 端子口
40 スタック(燃料電池)
41 セパレータ
Claims (4)
- 燃料電池のセパレータに当接させる端子と、該端子を通じて前記燃料電池のセル電圧を検出する電圧検出手段と、を備えた燃料電池のセル電圧検出装置であって、
前記端子の一端を保持し、前記燃料電池を包囲する燃料電池カバーに開口された端子口を介して前記端子と前記セパレータとを当接させ、脚部を前記端子口の周囲に当接させる端子ホルダと、
内面が前記端子ホルダの頭部に当接するとともに前記端子口の周囲を覆って前記燃料電池カバーに係止される端子カバーと、
を備えることを特徴とする燃料電池のセル電圧検出装置。 - 前記燃料電池カバーは複数の前記端子口を有し、
前記端子カバーは複数の前記端子口を覆い、
前記電圧検出手段は、前記端子カバーで覆われる複数の前記端子口の間に配置されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池のセル電圧検出装置。 - 前記端子ホルダは、前記脚部の先端と前記頭部の先端の少なくとも一方に弾性体を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池のセル電圧検出装置。
- 前記端子ホルダは、前記端子口を跨いで配置される一対の前記脚部を有し、この一対の脚部の間で前記端子の一端を保持することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の燃料電池のセル電圧検出装置。
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