JP4474976B2

JP4474976B2 - 燃料電池用配線

Info

Publication number: JP4474976B2
Application number: JP2004110037A
Authority: JP
Inventors: 靖杉山
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2024-04-02
Also published as: JP2005294154A

Description

本発明は、燃料電池用配線取付構造に関するものである。

燃料電池は、電解質膜を挟んで設けられる一対の電極を１組として、各組間にそれぞれセパレータが挟み込まれた構成である。つまり、電解質膜と一対の電極により構成される単電池が、直列に複数接続された構成であると言える。そのため、燃料電池の出力電圧低下等の異常が発生した場合、どの箇所に異常が発生しているかを調べるためには、セパレータ間の電圧や各セパレータの電位を１箇所ずつ測定していく必要がある。

従来、このような測定は、例えば、以下の方法で行っていた。すなわち、まず、セパレータの側面に穴を形成する。そして、この穴に電線付き端子を挿入し、接着剤で固定する。そして、各電線の端部において、接触するセパレータの電位を測定する。

かかる測定方法においては、複数の電線が入り乱れるため、作業性が悪く、電線の順番を間違えやすいという問題があった。また、複数の電線に広いスペースを取られてしまうという問題もあった。更に、セパレータの薄型化に伴い、セパレータの側面に穴を形成すること自体が困難になってきているという問題もある。

このため、最近では、特許文献１のように、ＦＰＣ（フレキシブルプリンティッドサーキット）をセルシールに一体化させて、セルの薄肉化や配線の整理に対応して、上記セパレータの電位を測定する技術も開示されている。
国際公開第０２／００１６５９号パンフレット

しかしながら、特許文献１に開示された構成は、各セパレータに対応して１本ずつＦＰＣを設けており、未だ配線の整理が簡潔になされてはいなかった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、配線の整理を簡潔に行い、セパレータに配線を簡単に接続させる燃料電池用配線取付構造を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明にあっては、以下の構成を採用する。

すなわち、積層したセパレータの端面のそれぞれに接触する複数の電極部と該電極部からそれぞれの電気信号を導通する複数の導通部とを有するフレキシブル配線材と、
前記複数の電極部のそれぞれを各セパレータへ押圧する複数の押圧部と、該押圧部が設けられる本体部と、該本体部とはスリットを介して隔てられ前記積層したセパレータの外側に係止されるアーム部と、を有し、前記積層したセパレータを挟み込んで固定されるクリップ部材と、
を備え、
前記スリットの形状は、前記複数の押圧部の接点荷重が均一になるように調整され、
前記クリップ部材が前記積層したセパレータを挟み込んで固定される際の固定力を、前記押圧部が前記電極部を接触するセパレータの端面へ押圧する押圧力に用いることを特徴とする。

ここで、フレキシブル配線材としては、ＦＰＣ（フレキシブルプリンティッドサーキット）やＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）等が挙げられる。フレキシブル配線材は
、ベースフィルムやカバーフィルムに、ＰＩ、ＰＥＮ、ＰＥＴ、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等を使用する。導通部には、銅、アルミ、ニッケル、ステンレス、チタン、タングステン、金、パーマロイ、ニクロム等の導電性の材料を用いる。銅、アルミ等の電解液等で腐食による性能劣化が起こるものにおいては、表面を金等の耐食性のある金属及びその合金や金属化合物、塗料等をメッキや塗布等で被覆することができる。

この構成では、クリップ部材の押圧部によってフレキシブル配線材に設けられた複数の電極部を各セパレータの端面に同時に接触させることができ、配線の整理が簡潔になされ、セパレータにフレキシブル配線材を簡単に接続させることができる。

前記押圧部は、前記クリップ部材に形成した板バネであると好適である。また、前記押圧部は、前記クリップ部材とは別体の弾性部材であると好適である。

この構成では、各押圧部の接点荷重が均一になり、一部の押圧部が押圧力を発揮できず接触不良となることが防止できる。

前記本体部の前記複数の押圧部が並んだ両端に、前記フレキシブル配線材を前記クリップ部材に固定する固定部を設けたことを特徴とする。

この構成では、フレキシブル配線材をクリップ部材に固定して位置決めすることができ、フレキシブル配線材の電極部が各セパレータからずれて接触することが防止できる。

本発明によると、配線の整理を簡潔に行い、セパレータに配線を簡単に接続させることができる。

図１〜図４を参照して、実施の形態について説明する。図１（ａ）は実施の形態に係る燃料電池用配線取付構造を示す上視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の平面図である。図２は実施の形態に係る押圧部を示す図である。図３は実施の形態に係る押圧部の他の例を示す図である。図４は実施の形態に係る燃料電池用配線取付構造の他の例を示す上視図である。

＜燃料電池の概略説明＞
本実施の形態に係る燃料電池用配線が接続される燃料電池については、各種公知技術のものを適用できる。燃料電池は、一般的に単電池が複数積層される構造である。そして、単電池の基本的な構成は、例えば、電解質膜と、この電解質膜を挟むように設けられる一対の電極と、更にこれらの電極を挟んで設けられる一対のセパレータと、電極が設けられた領域を密封するためのガスケットとを備える構成である。

一対の電極は、一方がアノード電極（燃料極）で、他方がカソード電極（空気極）となる。そして、これら一対の電極間で、電解質膜によってイオンの交換が行われることにより発電する仕組みである。また、アノード電極には燃料（通常、水素）が供給され、カソード電極には空気（酸素）と水が供給される。従って、これらが外部に漏れてしまわないように、ガスケットによって密封領域が形成される。

このように構成された単電池の発電力は、一般的に０．７Ｖ程度である。そして、この単電池が複数積層されることで、導電材料からなるセパレータを介して、複数の単電池が直列に接続されるような構造となり、燃料電池全体で大きな発電力が得られる。

＜燃料電池用配線取付構造の使用方法及び使用例＞
本実施の形態に係る燃料電池用配線取付構造の使用方法や使用例について、図１を参照して説明する。本実施の形態に係る燃料電池用配線取付構造は、積層したセパレータ１の端面にクリップ部材２によって取り付けられて用いられる。複数のセパレータ１の端面にそれぞれフレキシブル配線材３の電極部（不図示）がクリップ部材２の押圧部４に押圧されることにより、セパレータ１の端面とフレキシブル配線材３の電極部がそれぞれ電気的に接続される。電極部は不図示であるが、一列に並んだ複数（図示１０個）の押圧部４の真下にそれぞれ設けられている。

このように、各セパレータ１の端面にフレキシブル配線材３の電極部を電気的に接続させることで、各セパレータ１の電位を測定することができる。したがって、燃料電池の電圧が低下するなどの異常が生じた場合には、各セパレータ１の電位を測定することで、どこの部分に故障などの異常が発生しているかを検査することができる。なお、電位測定に限らず、温度センサなど、適宜のセンサにより、各種情報を検出することも可能である。

＜燃料電池用配線取付構造の詳細＞
積層したセパレータ１は、図示例では１０枚重ね合わされたもので、その配置は水平や垂直に隣り合わせに並べられるものである。この積層したセパレータ１は、一対の絶縁体５に挟まれ、さらに一対の絶縁体５ごと一対の固定プレート６にて挟まれてボルト１１とナット１２にて固定されている。

フレキシブル配線材３は、可撓性を有する平面状の配線である。フレキシブル配線材３の具体的な好適例としては、フレキシブルプリンティッドサーキット（ＦＰＣ）やフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）を挙げることができる。

このフレキシブル配線材３は、絶縁基板としてのベースフィルムと、ベースフィルム上に形成される導電部としての電線と、電線を介してベースフィルムとは反対側に設けられるカバーフィルムと、から構成される。ベースフィルムとカバーフィルムはいずれも絶縁性と柔軟性を有しており、例えば、ポリイミド等の耐熱性樹脂材料により構成される。また、電線の材料として、例えば、銅を好適な例として挙げられるが、導電性を有する他の材料を適用することもできる。この電線はベースフィルム上に複数設けられる。

また、フレキシブル配線材３は、電線に接続された電極部を有する。電極部はセパレータ１の端面に当接されるべく、カバーフィルムに覆われずに、外部に露出されている。なお、電極部は、例えば、電線を金メッキされていることが好適な例として挙げられるが、導電性を有する他の材料を適用することもできる。この電極部は、背面をクリップ部材２の押圧部４で押圧されるようにしている。

クリップ部材２は、積層した１０枚のセパレータ１と同数の一列に並ぶ押圧部４が設けられた本体部２ａと、本体部２ａとはスリット７を介して隔てられ積層したセパレータ１の外側に係止される４本のアーム部２ｂと、を有する。

本体部２ａは、矩形の平板形状をしており、積層したセパレータ１の重なり方向に押圧部４を１０個、一列に並べて配置している。これによって、フレキシブル配線材３の１０個の電極部を各押圧部４で同時に押圧している。

また、アーム部２ｂは、本体部２ａの中心付近に根本を有し、積層したセパレータ１の外側の絶縁体５の突起５ａに係止され、積層したセパレータ１を挟み込む。このアーム部２ｂと本体部２ａの間にスリット７が設けられている。このスリット７の形状は、複数の押圧部４の接点荷重が均一になるように調整されている。したがって、各押圧部４の接点荷重が均一になり、一部の押圧部４が押圧力を発揮できず接触不良となることが防止できる。

また、クリップ部材２の本体部２ａは、本体部２ａの複数の押圧部４が一列に並んだ両端に、フレキシブル配線材３をクリップ部材２に固定する固定部２ｃが設けられている。この２つの固定部２ｃは、ピン形状をしており、この固定部２ｃがフレキシブル配線材３に差し込まれ、差し込まれた部分がはんだ付けされることによってフレキシブル配線材３がクリップ部材２に固定されている。これによって、フレキシブル配線材３をクリップ部材２に固定して位置決めすることができ、フレキシブル配線材３の電極部が各セパレータ１からずれて接触することが防止できる。

そして、押圧部４は、図２に示すようにクリップ部材２の本体部２ａに形成した板バネである。

なお、押圧部４は、図３に示すように、クリップ部材２とは別体の弾性部材、例えばゴム状弾性体等で設けることもできる。図３のようにクリップ部材２とは別体で押圧部４を設けると、スリット７を設けていなくても各押圧部４の接点荷重が略均一となるので、図４のようにクリップ部材２にはスリット７を設けない構成も適用することができる。

これらの押圧部４によって、フレキシブル配線材３の複数の電極部が押圧され、複数の電極部がそれに対応するセパレータ１の端面にそれぞれ接触する。

＜燃料電池用配線取付構造の取り付け方の説明＞
フレキシブル配線材３と一体化したクリップ部材２のアーム部２ｂを突起５ａに係止して、クリップ部材２が積層したセパレータ１を挟み込んで固定される。これによって、各押圧部４は、それぞれ異なるセパレータ１の端面に電極部を押圧し、全てのセパレータ１に各電極部が当接する。すなわち、クリップ部材２が積層したセパレータ１を挟み込んで固定される際の固定力を、押圧部４が電極部を接触するセパレータ１の端面へ押圧する押圧力に用いている。

このように、クリップ部材２が突起５ａに係止されているので、押圧部４の押圧力は均一に常に発揮され、各電極部がセパレータ１に当接し続け、常にセパレータ１の電位を測定することができる。

＜本実施の形態に係る燃料電池用配線取付構造により得られる効果＞
本実施の形態に係る燃料電池用配線取付構造によれば、クリップ部材２を積層したセパレータ１に係止するだけで、フレキシブル配線材３の複数の電極部を各セパレータ１の端面に同時に電気的に接続させることができる。そして、押圧部４によって、複数の電極部を各セパレータ１に押圧させるので、この電気的接続をより確実にすることができる。また、単一のフレキシブル配線材３及びクリップ部材２によって、複数のセパレータ１に対して、それぞれ電気的に接続させることができる。従って、配線の整理が簡潔になされ、セパレータ１にフレキシブル配線材３を簡単に接続させることができ、複数の独立した電線を各セパレータに接続させる場合に比べて、はるかに取付作業性及び取扱性が優れる。また、可撓性のある平面状のフレキシブル配線材３を燃料電池の外壁面に沿って設置できるため、フレキシブル配線材３の設置スペースも少なくて済む。フレキシブル配線材３の
電極部は、セパレータ１の端面に接触させるだけなので、セパレータ１間の密封領域内に手を施す必要がなく、密封性能への悪影響を抑制できる。

本発明は、燃料電池用配線取付構造として用いられる。また、本発明は、クリップ部材とフレキシブル配線材とが一体化された配線取付構造が用いられる環境であればどのような産業分野でも用いることができる。

図１（ａ）は実施の形態に係る燃料電池用配線取付構造を示す上視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の平面図である。図２は実施の形態に係る押圧部を示す図である。図３は実施の形態に係る押圧部の他の例を示す図である。図４は実施の形態に係る燃料電池用配線取付構造の他の例を示す上視図である。

符号の説明

１セパレータ
２クリップ部材
２ａ本体部
２ｂアーム部
２ｃ固定部
３フレキシブル配線材
４押圧部
５絶縁体
５ａ突起
６固定プレート
７スリット

Claims

積層したセパレータの端面のそれぞれに接触する複数の電極部と該電極部からそれぞれの電気信号を導通する複数の導通部とを有するフレキシブル配線材と、
前記複数の電極部のそれぞれを各セパレータへ押圧する複数の押圧部と、該押圧部が設けられる本体部と、該本体部とはスリットを介して隔てられ前記積層したセパレータの外側に係止されるアーム部と、を有し、前記積層したセパレータを挟み込んで固定されるクリップ部材と、
を備え、
前記スリットの形状は、前記複数の押圧部の接点荷重が均一になるように調整され、
前記クリップ部材が前記積層したセパレータを挟み込んで固定される際の固定力を、前記押圧部が前記電極部を接触するセパレータの端面へ押圧する押圧力に用いることを特徴とする燃料電池用配線。
前記押圧部は、前記クリップ部材に形成した板バネであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用配線。
前記押圧部は、前記クリップ部材とは別体の弾性部材であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用配線。
前記本体部の前記複数の押圧部が並んだ両端に、前記フレキシブル配線材を前記クリップ部材に固定する固定部を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用配線。