JP4491166B2

JP4491166B2 - 燃料電池のセル電圧測定用接続端子部材

Info

Publication number: JP4491166B2
Application number: JP2001123520A
Authority: JP
Inventors: 雅彦佐藤; 敏明有吉
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: JP2002319424A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池のセパレータの外周突起状端子と電圧測定装置の電圧取得用端子とを接続する端子部材に関し、特にセパレータの積層方向位置のバラツキを吸収してセパレータの外周突起状端子と電圧測定装置の電圧取得用端子とを確実に接続し得る端子部材に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
燃料電池は、図21に示すように、電解質膜111の両面に電極112が形成された構造の電解質膜−電極接合体101と、その両側に配置された一対のセパレータ121とからなるセルが複数積層してなる構造を有し、各セパレータ121には電解質膜−電極接合体101に対向する一方の面に水素ガス用の流通溝が設けられているとともに、他方の面に空気用の流通溝が設けられており、またその外周にはセル電圧を取り出すための端子として作用する突起状端子122が設けられている。
【０００３】
燃料電池を構成する各セルが正常な状態にあるか否かを判定するために、各セルの電圧を測定することが行なわれている。従来各セルの電圧測定には、セパレータの電圧測定用端子と電圧測定装置（通常燃料電池に取り付けられている）の電圧取得端子とを両側にコネクタを有するハーネス（ケーブル）で接続していた。しかしながら、燃料電池は数十から数百のセルが積層された構造を有するので、各電圧測定端子及び電圧取得用端子にコネクタを取り付けるのに大変な手間がかかるだけでなく、端子からコネクタがはずれたり、接続ミスを犯したりする恐れもあった。その上、車載用の燃料電池では振動がかかるので、振動によりコネクタがはずれたり、複雑に絡み合うという問題もあった。
【０００４】
そのため、両側にコネクタを有するハーネスを使用せずに、多数のセパレータの電圧測定用端子と電圧測定装置の電圧取得用端子とを一度に接続することが望まれている。しかしながら、燃料電池は多数のセルを積層した構造を有するために、波形加工した金属薄板からなる各セパレータの突起状端子の積層方向位置にはどうしてもバラツキがあり、自動作業に必要な位置精度が十分にでない。さらに燃料電池は停止時と運転時とで温度差があるので、熱膨張によりセパレータの積層方向位置は変化するが、剛直な接続方式であると、熱膨張に追随できず、接続不良が起こったり、電圧測定用端子に余分な応力が加わる恐れがある。
【０００５】
従って本発明の目的は、燃料電池の多数の金属薄板製セパレータの電圧測定用の突起状端子と電圧測定装置の電圧取得用端子とを一回の操作で確実に接続し得るとともに、セパレータの積層方向位置のバラツキや変位があっても、それらを吸収して簡単に位置決めし得る端子部材を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の端子部材は、燃料電池のセパレータの外周に設けられた電圧測定用の突起状端子と、電圧測定装置の電圧取得用端子とを接続するための一体的な端子部材であって、(a) 前記セパレータの突起状端子と接続する先端部と、(b) 前記先端部に連結した幅の狭い帯部からなる弾性支持部と、(c) 前記弾性支持部に連結し、前記電圧取得用端子と接続する支点部とからなることを特徴とする。このように弾性支持部を介して先端部と支点部とが接合した構造を有するので、本発明の端子部材は、燃料電池の多数の金属薄板製セパレータの電圧測定用の突起状端子と電圧測定装置の電圧取得用端子とを一回の操作で確実に接続し得るとともに、セパレータの積層方向位置のバラツキや変位があっても、それらを吸収して簡単に位置決めし得る。また多数のセルの電圧測定端子と電圧取得用端子とをハーネスなしに取り付けることができるので、接続の手間が著しく省ける。
【０００７】
本発明の端子部材は実質的にコの字状の断面を有し、前記先端部は前記セパレータの突起状端子と挟み込むようにして接続し、前記支点部は前記電圧取得用端子と挟み込むようにして接続するのが好ましい。この構造により、セパレータの突起状端子との接続及び電圧測定装置の電圧取得用端子との接続を一回の操作で確実に行なうことができる。またこの構造の端子部材は、一体的な金属薄板を先端部、弾性支持部及び支点部を有する形状にパンチ加工した後、折り曲げることにより形成することができるので、一枚の金属薄板のパンチ加工により簡単に作製することができるという利点がある。また先端部のみならず支点部も断面コの字状で開口しているので、セパレータの突起状端子との接触圧力が小さい。そのため、端子数が多い場合に接続が容易になる。
【０００８】
弾性支持部は複数の湾曲した帯部からなるのが好ましい。湾曲した帯部はいかなる方向の変形も吸収し得る柔軟性を有するとともに十分な弾性を有し、かつ一枚の金属薄板からパンチにより先端部及び支点部と一体的に形成するのが容易である。
【０００９】
端子部材の支点部は支点となる位置に開口部を有するのが好ましい。この開口部を電圧測定装置の電圧取得用端子の開口部と整合させ、両開口部にプラスチック棒等の絶縁性シャフトを貫通させると、端子部材が回動するときの支点となるだけでなく、精確な位置決めも可能となる。
【００１０】
支点部の開口部は電圧測定装置の電圧取得用端子の開口部とハト目により接合するのが好ましい。これにより、開口部を支点として端子部材を回転するときに端子部材が端子から脱着したり、位置ずれを起こしたりすることがなくなる。さらにこの開口部構造により、支点部の省スペース化を達成するとともに、電気的接触を確実に維持することができるという利点もある。また先端部及び支点部の開放端は僅かに拡開しているのが好ましい。この構造により、電圧測定用端子及び電圧取得用端子を端子部材に挿入するのが容易になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の端子部材は、(a) セパレータの突起状端子と接続する先端部と、(b) 先端部に連結した幅の狭い帯部からなる弾性支持部と、(c) 弾性支持部に連結し、電圧取得用端子と接続する支点部とからなる。
【００１２】
図１〜４に示す好ましい一実施例では、端子部材１は一端で接合した一対の同じ形状の金属薄板片からなり、各金属薄板片１a，１aは先端部11、弾性支持部12及び支点部13に相当する形状を有する。この端子部材１は1枚の金属薄板をパンチ加工することにより、図２に示すように一対の端子部材が端部で接合した形状の金属薄板片を作製する。金属薄板片１a，１aを中央部１ｂで折り曲げることにより、本発明の端子部材１を形成することができる。
【００１３】
金属薄板片１a，１aを折り曲げる際、中央部１ｂが半円状になるようにし、かつ一対の金属薄板片１a，１aの間に僅かな隙間を設けると、図４に示すように端子部材１の断面が実質的にコの字状となる。実質的にコの字状の断面形状により、先端部11の間隙にセパレータの電圧測定用端子121を挿入するとともに、支点部13の間隙に電圧測定装置の電圧取得用端子123を挿入するためである。参考のために、図１に電圧測定用端子121及び電圧取得用端子123を部分的に示してある。端子の挿入を容易にするために、図４に示すように、端子部材１の先端部11及び支点部13の開放端は僅かに拡開しているのが好ましい。この拡開形状により、電圧測定用端子121及び電圧取得用端子123を端子部材１に挿入するのが容易になる。
【００１４】
この実施例では、弾性支持部12は一対の外側に湾曲した幅の狭い帯部12a，12aからなる。各帯部12a，12aは幅が狭いのみならず湾曲しているので、積層した多数のセパレータに接合する場合、セパレータの積層方向のみならず積層方向に直交する二方向における変位に対しても、容易に変形することにより追随することができる。特に多数のセパレータを積層してなる燃料電池の場合には、積層方向の変位や位置ずれは避けがたいので、積層方向に容易に変形し得る弾性支持部12を有することにより、本発明の端子部材１はセパレータの電圧測定用端子121と電圧測定装置の電圧取得用端子123との接続を常に確実に確保することができる。
【００１５】
図２及び図３に示すように、支点部13は支点となる位置に開口部15を有する。この開口部15は電圧測定装置の電圧取得用端子123の開口部と整合され、ハト目18によりしっかり接合される。図３(b) に示すように、ハト目18は支点部13の開口部15に挿入する筒部18aと、筒部18aを固定するためのフランジ部18ｂとからなる。ハト目18の筒部18aを開口部15に挿入した後、筒部18aの先端部を工具により圧開すると、筒部18aの両端にフランジ部18ｂ，18ｂができ、それによりハト目18は開口部15にしっかり固定される。
【００１６】
端子部材１が回動するときの支点とするために、ハト目18の開口部に絶縁性シャフト16を貫通させても良い。セパレータの電圧測定用端子121及び電圧測定装置の電圧取得用端子123に対して端子部材１を正確に位置決めすることができる。なお絶縁性シャフト16としてはプラスチック棒等を使用することができる。
【００１７】
図５は、燃料電池全体における端子部材１の位置を説明するためのもので、具体的には本発明の端子部材１がセパレータ（図示せず）の電圧測定用端子（突起状端子）121及び電圧測定装置10の電圧取得用端子123に接続された状態を示す。１つの燃料電池の左右上端部には多数のセパレータの電圧測定用突起状端子121があり、各側面毎に多数の突起状端子121は複数のグループに分けられ、各グループの突起状端子121に接続された端子部材１は纏めて１つのケーシング130に収納される。
【００１８】
図６はセパレータの電圧測定用端子121及び電圧測定装置の電圧取得用端子123に接続された端子部材１及びケーシング130の関係を詳細に示す。ケーシング130はそれぞれプラスチック製の上部ケーシング131及び下部ケーシング132からなり、上部ケーシング131は電圧測定装置10の電圧取得用端子123に接続された端子部材１の支点部13を支持し、下部ケーシング132はセパレータの電圧測定用端子121に接続された端子部材１の先端部11を支持している。
【００１９】
図７はケーシング130の側面図であり、図８は上部ケーシング131の側面図である。また図９は上部ケーシング132の平面図であり、図10は上部ケーシング132の背面図である。図８〜10から明らかなように、上部ケーシング131は、一体的に形成された本体部141と、本体部141の前部に一体的に形成され、複数の幅の狭いスリット143を有するくし部142と、本体部141の後部に一体的に形成された突条部144とからなる。突条部144はケーシング130を回転させるときにハンドルとして機能する。くし部142には長手方向の貫通孔146が設けられている。また本体部141には底面に開口するネジ穴148が設けられている。
【００２０】
図11は下部ケーシング132の側面図であり、図12は平面図であり、図13は底面図であり、図14は背面図である。下部ケーシング132は、一体的に形成された本体部151と、本体部151の前部に一体的に形成され、複数の幅の狭いスリット153を有するくし部152とからなる。本体部151には上部ケーシング131のネジ穴148に対応する位置に断面小判状の穴156が設けられており、その穴156の底面における開口部にはネジ頭部を受承する凹部158が形成されている。くし部152は上部ケーシング131のくし部142と対応する位置に設けられている。また各くし部142，152のスリット143，153は精確に整列しなければならない。そのため断面小判状の穴156により、上部ケーシング131に対する下部ケーシング132の固定位置を横方向に調節自在とする。
【００２１】
図7に示すように、上部ケーシング131と下部ケーシング132とをネジで螺合すると、両者のくし部142，152は同じ側に位置し、それぞれのスリット143，153は整列する。その状態を上から見ると図15の平面図に示す通りであり、下から見ると図16の底面図に示す通りである。
【００２２】
図17はケーシング130を用いて多数の端子部材１をセパレータの電圧測定用端子121及び電圧測定装置の電圧取得用端子123に一度に接続する方法を示す。まず図17(a) に示すように、個々の端子部材１をケーシング130のスリットに挿入した状態で、上部ケーシング131のくし部143を電圧取得用端子123の列と係合させ、各端子部材１の支点部13の断面コの字状間隙内に各電圧取得用端子123を挿入する。支点部13の開口部15と電圧取得用端子123の開口部125とを正確に整合させた後、積層方向に連なる全ての開口部15，125を貫通するように絶縁性シャフト16を開口部15，125に挿入し、端子部材１を保持するケーシング130がシャフト16を軸にして回転自在とする。
【００２３】
次に図17(b) に示すように、端子部材１を保持するケーシング130をシャフト16を軸にして回転させ、下部ケーシング132のくし部152をセパレータの電圧測定用端子121と係合させ、各端子部材１の先端部11の断面コの字状間隙内に各電圧測定用端子121を挿入する。図17(c) は各端子部材１の先端部11の断面コの字状間隙内に各セパレータの電圧測定用端子121を完全に挿入した状態を示す。
【００２４】
図６から明らかなように、各端子部材１の先端部11はセパレータの電圧測定用端子121を挟み込み、また支点部13は電圧測定装置の電圧取得用端子123を挟み込み、もって各電圧測定用端子121と各田電圧取得用端子123とを接続する。このとき支点部13の開口部15は上部ケーシング131のくし部142の開口部146と整合し、両者に絶縁性シャフト16が貫通するので、ケーシング130のくし部142，152のスリット内に挿入された端子部材１は精確に位置決めされた状態で回転し、その先端部13がセパレータの電圧測定用端子121と確実に接続する。
【００２５】
端子部材１がケーシング130を利用して全てのセパレータの電圧測定用端子121及び全ての電圧測定装置の電圧取得用端子123に接続した状態では、ケーシング130のくし部142，152の各くし片は隣接する端子部材１を絶縁するセパレータの役割をしている。このため、端子部材１同士が接触して検知電圧に誤差がでることはない。
【００２６】
図18は本発明の端子部材１の変更例を幾つか示す。いずれの端子部材１もほぼ同じ形状の先端部11及び支点部13を有するが、弾性支持部12の形状が異なる。(a) の例では、弾性支持部12は複数の縦長の狭い帯部からなる。また(b) 〜 (d) の例では、いずれの弾性支持部12も一対の湾曲した幅の狭い帯部からなる。帯部が湾曲している方が、図面で上下左右方向の変位や位置ずれ（特に積層方向の変位や位置ずれ）に対して追随が容易であるので好ましい。
【００２７】
図19はセパレータの突起状電圧測定用端子121の種々の断面形状を示す。(a) の例では、端子部材１の先端部11の間隙に先に進入する側の突起状端子121の縁部は鋭利になっている。(b) の例では、端子部材１の先端部11の間隙に先に進入する側の突起状端子121の縁部は折り曲げた金属片121aの丸みを帯びた形状を有する。この例では突起状端子121の金属片121a を折り曲げるだけで良いので、加工が簡単である。また(c) の例では、端子部材１の先端部11の間隙に先に進入する側の突起状端子121の縁部は面取り加工により丸みを帯びた形状（例えば丸く面取りした形状）を有する。これらの形状により、断面コの字状の端子部材１の間隙に突起状端子121が進入するのが確実・容易になる。
【００２８】
図20は本発明の別の端子部材をセパレータの電圧測定用端子及び電圧測定装置の電圧取得用端子に接続する様子の詳細を示す。この例では、電圧測定装置の電圧取得用端子123は端子部材１の支点として作用する突起部123aと別体になっている。そのため、端子部材１の支点部13は突起部123aと電圧取得用端子123の両方をカバーする長さを有する。それ以外の点では図20の端子部材１は図１の端子部材と同じである。
【００２９】
この端子部材１によりセパレータの電圧測定用端子及び電圧測定装置の電圧取得用端子を接続するには、まず図20(a) に示すように端子部材１の開口部15と突起部123aの開口部とを整合させる。次いで端子部材１を回動し、端子部材１の支点部13の下方部が電圧取得用端子123を挟み、さらに先端部11が電圧測定用突起状端子121を挟み込む。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の端子部材は、各端子を挟み込ように断面コの字状となった先端部及び支点部が弾性支持部により一体的に連結した形状を有するので、積層された多数のセパレータの電圧測定用端子と電圧測定装置の電圧取得用端子との間に、板厚のバラツキ等により積層方向の位置ずれがあっても、位置合わせを簡単に行なうことができる。また燃料電池の振動や発熱による熱膨張等があっても大きな変位を確実に吸収することができるので、接続不良が起こったり、電圧測定用端子に余分な応力が加わったりする恐れがなく、信頼性の高い燃料電池とすることができる。このような特徴は、高出力とするために数十〜数百ものセパレータを有する燃料電池では特に重要である。
【００３１】
また断面コの字状になっている本発明の端子部材は、くし部を有するケーシングに装着した状態で電圧測定装置の電圧取得用端子に挟み込むようにして接続し、ついでそこを支点として回転させることによりセパレータの電圧測定用端子に挟み込むようにして接続することができるので、一回の操作で多数の端子部材を接続することができるという利点を有する。これにより、従来のように個々の端子をコネクタ付きケーブルにより接続するという手間が省け、取り扱い性に優れた燃料電池とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい一実施例による端子部材を示す正面図である。
【図２】図１の端子部材を折り目で展開した状態を示す展開図である。
【図３】図１の端子部材の断面を示し、(a) は図１のＡ−Ａ'断面図であり、(b) は端子部材に取り付けるハト目の概略図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ'断面図である。
【図５】本発明の端子部材をケーシングとともにセパレータの電圧測定用端子及び電圧測定装置の電圧取得用端子に接続した状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の端子部材をケーシングとともにセパレータの電圧測定用端子及び電圧測定装置の電圧取得用端子に接続した状態の詳細を示す部分拡大図であり、(a) は接続した状態を示し、(b) はその分解した状態を示す。
【図７】本発明の端子部材を装着するケーシングを示す側面図である。
【図８】上部ケーシングを示す側面図である。
【図９】上部ケーシングを示す平面図である。
【図１０】上部ケーシングを示す背面図である。
【図１１】下部ケーシングを示す側面図である。
【図１２】下部ケーシングを示す平面図である。
【図１３】下部ケーシングを示す底面図である。
【図１４】下部ケーシングを示す背面図である。
【図１５】上部ケーシングと下部ケーシングを螺着してなるケーシングを示す平面図である。
【図１６】上部ケーシングと下部ケーシングを螺着してなるケーシングを示す底面図である。
【図１７】ケーシングに装着した端子部材を電圧取得用端子及び電圧測定用端子に接続する方法を示す概略図であって、(a) は端子部材をケーシングの上方くし部ごと電圧取得用端子に接続した状態を示し、(b) は電圧取得用端子に係合した支点部のシャフトを中心にして、ケーシングに装着した端子部材を回転する状態を示し、(c) はケーシングに装着した端子部材の回転を完了して、端子部材をセパレータの下方くし部ごと電圧測定用端子に接続させた状態を示す。
【図１８】本発明の端子部材の種々の変更例を示す正面図である。
【図１９】本発明の端子部材が挟み込むセパレータの突起状端子の種々の変更例を示す部分正面図及び断面図である。
【図２０】本発明の別の端子部材をセパレータの電圧測定用端子及び電圧測定装置の電圧取得用端子に接続する様子の詳細を示す部分拡大図であり、(a) は接続する前の状態を示し、(b) は接続した状態を示す。
【図２１】燃料電池を構成するセル構造を示す正面図である。
【符号の説明】
１・・・端子部材
1a・・・端子部材を一体的に構成する一対の金属薄板片の一方
1b・・・折り目
10・・・電圧測定装置
11・・・先端部
12・・・弾性支持部
12a・・・幅の狭い帯部
13・・・支点部
15・・・開口部
16・・・絶縁性シャフト
18・・・ハト目
121・・・セパレータの電圧測定用端子
123・・・電圧測定装置の電圧取得用端子
123a・・・端子部材の支点として作用する突起部
130・・・ケーシング
131・・・上部ケーシング
132・・・下部ケーシング
141，151・・・本体部
142，152・・・くし部
143，153・・・スリット
144・・・突条部

Claims

燃料電池のセパレータの外周に設けられた電圧測定用の突起状端子と、電圧測定装置の電圧取得用端子とを接続するための一体成形された端子部材において、(a) 前記セパレータの突起状端子と接続する先端部と、(b) 前記先端部に連結した幅の狭い帯部からなり、積層方向に容易に変形し得る弾性支持部と、(c) 前記弾性支持部に連結し、前記電圧取得用端子と接続する支点部とからなり、前記支点部は、前記電圧取得用端子に設けた開口部と整合し、端子部材を前記電圧取得用端子と回転自在に固定させるための支点となる開口部を有することを特徴とする端子部材。
請求項１に記載の端子部材において、一端で接合した一対の同じ形状の金属薄板片からなり、実質的にコの字状の断面を有し、前記先端部は前記セパレータの突起状端子と挟み込むようにして接続し、前記支点部は前記電圧取得用端子と挟み込むようにして接続することを特徴とする端子部材。
請求項２に記載の端子部材において、一枚の金属薄板を、前記同じ形状の金属薄板片を平面上に対象に並べた形状にパンチ加工した後、前記同じ形状の金属薄板片が重なり合うように折り曲げてなることを特徴とする端子部材。
請求項１〜３のいずれかに記載の端子部材において、前記弾性支持部は積層方向に直交する方向に湾曲した複数の帯部からなることを特徴とする端子部材。
請求項４に記載の端子部材において、前記支点部の開口部は前記電圧取得用端子の開口部とハト目により接合されることを特徴とする端子部材。
請求項２〜５のいずれかに記載の端子部材において、前記先端部及び前記支点部の開放端は僅かに拡開していることを特徴とする端子部材。