JP6933084B2 - A combination of a fuel cell and a cell connector for detecting the voltage of the fuel cell. - Google Patents

A combination of a fuel cell and a cell connector for detecting the voltage of the fuel cell. Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池セルと該燃料電池セルの電圧検知のためのセルコネクタとの組み合わせ体に関する。 The present invention relates to a combination of a fuel cell and a cell connector for voltage detection of the fuel cell.

燃料電池は、通常、単セルと称される燃料電池セルの複数個が積層したスタック構造として構成されている。単セルである燃料電池セルは、電解質膜と、電解質膜の一方の面側に設けられるアノードと電解質膜の他方の面側に設けられるカソードで構成される膜電極接合体（ＭＥＡ）を有し、平面略矩形状に形成されている。そして、燃料電池セルはアノードおよびカソードを挟む一対のセパレータを備えている。 The fuel cell is usually configured as a stack structure in which a plurality of fuel cell cells called a single cell are stacked. A fuel cell, which is a single cell, has a membrane electrode assembly (MEA) composed of an electrolyte membrane, an anode provided on one surface side of the electrolyte membrane, and a cathode provided on the other surface side of the electrolyte membrane. , The plane is formed in a substantially rectangular shape. The fuel cell is provided with an anode and a pair of separators sandwiching the cathode.

セパレータは、アノードに水素ガス等の燃料ガスを供給する通路と、カソードに酸素ガス等の酸化剤ガスを供給する通路とを有している。セパレータは、セル電極としての機能を有し、燃料電池セルの電圧検知のために、端子を備えたセルコネクタがセパレータの一部（発電領域から外側に延在する部分）に取り付けられる。燃料電池セルにそのようなセルコネクタを取り付けるための取り付け構造の一例が、特許文献１に記載されている。 The separator has a passage for supplying a fuel gas such as hydrogen gas to the anode and a passage for supplying an oxidizing agent gas such as oxygen gas to the cathode. The separator has a function as a cell electrode, and a cell connector having a terminal is attached to a part of the separator (a portion extending outward from the power generation region) for voltage detection of a fuel cell. Patent Document 1 describes an example of an attachment structure for attaching such a cell connector to a fuel cell.

特許文献１にも記載されるように、燃料電池セルにセルコネクタを取り付けるための従来構造は、セパレータの発電領域から延在する領域にほぼ９０度で交差する側辺部と底辺部とを備えたＬ字状の切欠き部を形成するとともに、セルコネクタ側は、前記切欠き部の側辺部に当接する側辺領域と前記切欠き部の底辺部に嵌合する先端領域とを有し、セパレータの前記切欠き部の底辺部に、セルコネクタの先端領域を落とし込むようにして嵌合させることで、両者を一体に組み付けるようになっている。セルコネクタがセパレータに嵌入する部分には、端子が取り付けられている。 As described in Patent Document 1, the conventional structure for attaching the cell connector to the fuel cell includes a side portion and a bottom portion that intersect the region extending from the power generation region of the separator at approximately 90 degrees. In addition to forming an L-shaped notch, the cell connector side has a side region that abuts on the side of the notch and a tip region that fits into the bottom of the notch. The two are integrally assembled by fitting the cell connector into the bottom of the notch portion of the separator so as to drop the tip region of the cell connector. Terminals are attached to the part where the cell connector fits into the separator.

特開２０１３−１８７０５０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-187050

従来の燃料電池セルに対するセルコネクタの取り付け構造では、セパレータ側の前記切欠き部の底辺部は直線状であり、そこに対向することとなるセルコネクタの先端領域の部分も、前記底辺部に平行かつ直線状の形状となっている。そのために、セルコネクタをセパレータの切欠き部内に落とし込んで組み付けるときに、長さのある直線状部分同士が対向する姿勢となるのを避けられない。そのために、セパレータの面方向に正確に平行な姿勢でセルコネクタを落とし込まないと、セパレータの前記切欠き部の底辺部とセルコネクタの前記直線状の先端領域部分との間に大きく干渉する部分が生じ、セパレータに対するセルコネクタの先端領域の挿入が満足に進行しないことが起こり得る。そのために、両者の組み付け操作には、十分な注意を払って行う必要があり、実作業での大きな作業負担となっている。 In the conventional structure for attaching the cell connector to the fuel cell, the bottom portion of the notch portion on the separator side is linear, and the portion of the tip region of the cell connector facing the bottom portion is also parallel to the bottom portion. And it has a linear shape. Therefore, when the cell connector is dropped into the notch of the separator and assembled, it is inevitable that the long linear portions face each other. Therefore, unless the cell connector is dropped in a posture that is exactly parallel to the surface direction of the separator, a portion that greatly interferes between the bottom portion of the notch portion of the separator and the linear tip region portion of the cell connector. , And the insertion of the tip region of the cell connector into the separator may not proceed satisfactorily. Therefore, it is necessary to pay sufficient attention to the assembly operation of both, which is a heavy work load in the actual work.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池セルのセパレータに対する電圧検知のためのセルコネクタの組み付けを比較的に用意に行い得るようにした、燃料電池セルと該燃料電池セルの電圧検知のためのセルコネクタとの組み合わせ体を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the fuel cell and the fuel cell are relatively easily assembled with a cell connector for voltage detection on the separator of the fuel cell. An object of the present invention is to provide a combination with a cell connector for cell voltage detection.

本発明による組み合わせ体は、燃料電池セルと該燃料電池セルの電圧検知のためのセルコネクタとの組み合わせ体であって、前記燃料電池セルを構成するセパレータは、前記セルコネクタの取り付け部である側辺部と該側辺部の下端から９０度で折曲する底辺部とを持つＬ字状の切欠き部を有し、前記セルコネクタは、前記セパレータの前記側辺部に嵌合する側辺領域と前記底辺部に嵌合する先端領域とを有し、前記先端領域における前記セパレータへの組み付け時にセパレータの前記底辺部に最初に当接することとなる先端部の角度が鋭角とされている、ことを特徴とする。 The combination according to the present invention is a combination of a fuel cell and a cell connector for voltage detection of the fuel cell, and the separator constituting the fuel cell is the side where the cell connector is attached. The cell connector has an L-shaped notch having a side portion and a bottom portion that bends at 90 degrees from the lower end of the side portion, and the cell connector is a side side that fits into the side portion of the separator. It has a region and a tip region that fits into the bottom portion, and the angle of the tip portion that first comes into contact with the bottom portion of the separator when assembled to the separator in the tip region is an acute angle. It is characterized by that.

本発明による組み合わせ体では、両者の組み付け時に、セパレータのＬ字状の切欠き部における底辺部に対向することとなるセルコネクタの先端領域は、セパレータへの組み付け時にセパレータの底辺部に最初に当接することとなる先端部の角度が鋭角とされている。そのために、組み付け作業に、セルコネクタの鋭角となった先端部が、セパレータの切欠き部における底辺部に最初に接触しかつ入り込むようになるので、組み付け時にセルコネクタがセパレータの面方向に正確に平行でなく少し傾斜している姿勢であっても、両者は大きな干渉を起こすことなく、セルコネクタは姿勢を自己矯正しながら、スムーズにセパレータの切欠き部内に入り込んでいくことができる。それにより、本発明による組み合わせ体では、セパレータに対する電圧検知のためのセルコネクタの組み付けが極めて容易となり、組み付け作業の省力化がもたらされる。 In the combination according to the present invention, the tip region of the cell connector, which faces the bottom of the L-shaped notch of the separator when both are assembled, first hits the bottom of the separator when assembling to the separator. The angle of the tip that comes into contact is an acute angle. Therefore, during the assembly work, the acute-angled tip of the cell connector first comes into contact with and enters the bottom of the notch of the separator, so that the cell connector accurately faces the surface of the separator during assembly. Even if the posture is not parallel but slightly tilted, the cell connector can smoothly enter the notch of the separator while self-correcting the posture without causing great interference between the two. As a result, in the combination according to the present invention, assembling the cell connector for voltage detection to the separator becomes extremely easy, and labor saving in the assembling work is brought about.

燃料電池セルにおけるセパレータの一部を示す側面図。A side view showing a part of a separator in a fuel cell. 電圧検知のためのセルコネクタの一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of the cell connector for voltage detection. セパレータにセルコネクタを組み付けるときの途中を示す側面図。A side view showing the middle of assembling the cell connector to the separator. 組み付け後の状態を示す側面図。A side view showing the state after assembly. 従来例でのセパレータにセルコネクタを組み付けるときの途中を示す側面図。The side view which shows the middle of assembling the cell connector to the separator in the conventional example.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、燃料電池セルにおけるセパレータの一部を示す側面図である。セパレータ１は、従来公知の図示しない膜電極接合体（ＭＥＡ）のアノードおよびカソードを挟むようにして配置されている。セパレータ１における発電面よりも外側に延在する部分には、Ｌ字状の切欠き部１０が形成されており、後記するように、この切欠き部１０には電圧検知のためのセルコネクタ５０が組み付けられる。切欠き部１０は、セパレータ１の上辺２から４５度の角度で下方に向けて傾斜する側辺部１１と、前記側辺部１１の下端から９０度の角度で上方に向けて立ち上がる底辺部１２とで構成される。 FIG. 1 is a side view showing a part of a separator in a fuel cell. The separator 1 is arranged so as to sandwich the anode and cathode of a conventionally known membrane electrode assembly (MEA) (not shown). An L-shaped notch 10 is formed in a portion of the separator 1 extending outside the power generation surface, and as will be described later, the notch 10 has a cell connector 50 for voltage detection. Is assembled. The notch portion 10 includes a side side portion 11 that inclines downward at an angle of 45 degrees from the upper side 2 of the separator 1, and a bottom portion 12 that rises upward at an angle of 90 degrees from the lower end of the side side portion 11. It is composed of and.

図２は、前記セパレータ１における切欠き部１０に組み付けられる電圧検知のためのセルコネクタ５０を説明する概略的な斜視図である。セルコネクタ５０は、扁平なケーシング５１を備える。ケーシング５１の側面視での形状は、セパレータ１を備えた燃料電池セルの形状に応じて決定されるが、少なくとも直線状の側辺領域５２と、該側辺領域５２の先端側である先端領域５３とを有し、前記先端領域５３の先端部５４、すなわち、後記するように、セパレータへ１の組み付け時に切欠き部１０の底辺部１２に最初に当接することとなる先端部５４の角度が、セパレータ１の切欠き部１０における側辺部１１と底辺部１２とがなす角度（９０度）よりも小さい鋭角αとされている。必要な強度を確保できる等の観点から、好ましい角度αは、６５度〜６８度である。 FIG. 2 is a schematic perspective view illustrating a cell connector 50 for voltage detection, which is assembled to the notch portion 10 of the separator 1. The cell connector 50 includes a flat casing 51. The shape of the casing 51 in a side view is determined according to the shape of the fuel cell provided with the separator 1, but at least a linear side area 52 and a tip area on the tip side of the side area 52. 53, that is, the angle of the tip 54 of the tip region 53, that is, the tip 54 that first comes into contact with the bottom 12 of the notch 10 when assembling 1 to the separator, as will be described later. The acute angle α is smaller than the angle (90 degrees) formed by the side side portion 11 and the bottom side portion 12 of the notch portion 10 of the separator 1. From the viewpoint of ensuring the required strength, the preferable angle α is 65 degrees to 68 degrees.

ケーシング５１の内部には空間領域が形成されており、そこには端子５５が配置されている。また、側辺領域５２の下端部には、前記セパレータ１の切欠き部１０における側辺部１１が入り込むことのできる隙間５６が側辺領域５２の全長にわたって形成されており、先端領域５３にも、前記セパレータ１の切欠き部１０における底辺部１２が入り込むことのできる隙間５７が形成されている。前記端子５５は、セルコネクタ５０がセパレータ１に組み付けられた状態で、セパレータ１の切欠き部１０における底辺部１２の一部を挟み込むことができる部位に配置されており、端子５５の後端部には図示しない導電線が接続している。 A space region is formed inside the casing 51, and terminals 55 are arranged therein. Further, at the lower end portion of the side side region 52, a gap 56 through which the side side portion 11 in the notch portion 10 of the separator 1 can enter is formed over the entire length of the side side region 52, and the tip region 53 also has a gap 56. , A gap 57 is formed in which the bottom portion 12 of the notch portion 10 of the separator 1 can enter. The terminal 55 is arranged at a portion where a part of the bottom portion 12 of the notch portion 10 of the separator 1 can be sandwiched in a state where the cell connector 50 is assembled to the separator 1, and the rear end portion of the terminal 55. A conductive wire (not shown) is connected to.

図１に示したセパレータの切欠き部１０にセルコネクタ５０を組み付けるときの手順を説明する。セルコネクタ５０をセパレータ１の上方に位置させて、その側辺領域５２に形成された隙間５６内に、セパレータ１の切欠き部１０における側辺部１１が嵌入した状態とする。その姿勢で、セルコネクタ５０を側辺部１１に沿って、下方に向けて押し込むようにスライドさせる。下方への移動によって、セルコネクタ５０の先端領域５３の前記先端部５４が、切欠き部１０の底辺部１２に最初に到達する。 The procedure for assembling the cell connector 50 to the notch 10 of the separator shown in FIG. 1 will be described. The cell connector 50 is positioned above the separator 1, and the side side portion 11 of the notch portion 10 of the separator 1 is fitted into the gap 56 formed in the side side region 52 thereof. In that position, the cell connector 50 is slid along the side portion 11 so as to be pushed downward. By moving downward, the tip 54 of the tip region 53 of the cell connector 50 first reaches the bottom 12 of the notch 10.

セルコネクタ５０の姿勢がセパレータ１の面方向に平行な姿勢であれば、何の干渉もなく、さらに下方に向けて移動していき、セルコネクタ５０の先端領域５３に形成された隙間５７内に、円滑にセパレータ１の切欠き部１０における底辺部１２の領域の一部が入り込んだ状態となる。その状態が図３に示される。そして、さらに下方に落とし込むことにより、図４に示される最終の取り付け位置、すなわち、セルコネクタ５０に内装されている端子５５がセパレータ１の切欠き部１０における底辺部１２を挟持した状態となり、セパレータ１とセルコネクタ５０は電気的に接続される。 If the posture of the cell connector 50 is parallel to the plane direction of the separator 1, the cell connector 50 moves further downward without any interference and enters the gap 57 formed in the tip region 53 of the cell connector 50. , A part of the region of the bottom portion 12 in the notch portion 10 of the separator 1 is smoothly inserted. The state is shown in FIG. Then, by dropping it further downward, the final mounting position shown in FIG. 4, that is, the terminal 55 built in the cell connector 50 is in a state of sandwiching the bottom portion 12 of the notch portion 10 of the separator 1, and the separator is separated. 1 and the cell connector 50 are electrically connected.

図３に示される状態において、セルコネクタ５０の姿勢がセパレータ１の面方向からわずかに傾斜している状態であったとする。この場合、両者は挿入に対して干渉領域を持つこととなる。しかし、セパレータ１とセルコネクタ５０との最初の接触部位は、セルコネクタ５０の鋭角とされた先端部５４であり、その干渉領域は狭い範囲である。そのために、挿入が大きく阻害されるようなことは生じない。また、挿入が進むにつれてセルコネクタ５０の先端領域５３に形成された隙間５７がセパレータ１に面する領域は次第に大きくなっていくので、傾斜した姿勢もしたいに正しい姿勢に矯正される。 In the state shown in FIG. 3, it is assumed that the posture of the cell connector 50 is slightly inclined from the surface direction of the separator 1. In this case, both will have an interference region for insertion. However, the first contact portion between the separator 1 and the cell connector 50 is the tip portion 54 having an acute angle of the cell connector 50, and the interference region thereof is a narrow range. Therefore, the insertion is not significantly hindered. Further, as the insertion progresses, the region where the gap 57 formed in the tip region 53 of the cell connector 50 faces the separator 1 gradually increases, so that the inclined posture is corrected to the correct posture.

図５は、従来のセルコネクタ５０ａを用いた場合での、図３に相当する図である。図５に示すように、従来のセルコネクタ５０ａではその先端領域５３ａの先端部５４ａの形状は、鋭角ではなく、側辺領域５２に直交する平坦な先端面５３ａとなっている。その形状のセルコネクタ５０ａを、図１に示したセパレータ１に、本実施の形態のセルコネクタ５０と同様にして組み付けた場合、挿入の最初の段階で、先端領域５３ａの直線状の先端部５４ａの全長手方向が、セパレータ１の切欠き部１０の底辺部１２に対向する姿勢となる。セルコネクタ５０ａの姿勢がセパレータ１の面方向に平行な姿勢であれば、挿入はスムーズに進行するが、セルコネクタ５０ａの姿勢がセパレータ１の面方向にわずかに傾斜している状態となったときには、先端部５４ａの全長域が切欠き部１０の底辺部１２に干渉する姿勢となってしまい、それ以上の挿入が極めて困難となる。無理に押し下げようとすると、破損が生じかねない。本実施の形態の組み合わせ体では、そのような不都合が生じるのを、完全に回避することができる。 FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. 3 when the conventional cell connector 50a is used. As shown in FIG. 5, in the conventional cell connector 50a, the shape of the tip portion 54a of the tip region 53a is not an acute angle but a flat tip surface 53a orthogonal to the side side region 52. When the cell connector 50a having that shape is assembled to the separator 1 shown in FIG. 1 in the same manner as the cell connector 50 of the present embodiment, the linear tip portion 54a of the tip region 53a is formed at the first stage of insertion. The entire longitudinal direction of the separator 1 is in a posture facing the bottom portion 12 of the notch portion 10 of the separator 1. If the posture of the cell connector 50a is parallel to the surface direction of the separator 1, the insertion proceeds smoothly, but when the posture of the cell connector 50a is slightly inclined in the surface direction of the separator 1. , The entire length region of the tip portion 54a is in a posture of interfering with the bottom portion 12 of the notch portion 10, and further insertion becomes extremely difficult. If you try to push it down forcibly, it may be damaged. In the combination of the present embodiment, such inconvenience can be completely avoided.

なお、本実施の形態において、セパレータ１に形成する切欠き部１０での側辺部１１と底辺部１２とがなす角度は９０度であり、コネクタ５０における前記先端部５４の角度は鋭角としている。セパレータ１の切欠き部１０における側辺部１１と底辺部１２とがなす角度が鈍角（例えば１２０度程度）の場合、コネクタ５０における前記先端部５４の角度が鋭角であれば、また、前記先端部５４の角度が９０度の場合であっても、セパレータ１に対するコネクタ５０の組み付けはスムーズに進行する。しかし、セパレータ１の切欠き部１０における側辺部１１と底辺部１２とがなす角度が鈍角であると、組み付け後に、セルコネクタ５０が側辺部１１から離間する方向にスライドする恐れがあるので好ましくない。 In the present embodiment, the angle formed by the side side portion 11 and the bottom side portion 12 in the notch portion 10 formed in the separator 1 is 90 degrees, and the angle of the tip portion 54 in the connector 50 is an acute angle. .. When the angle formed by the side side portion 11 and the bottom side portion 12 of the notch portion 10 of the separator 1 is an obtuse angle (for example, about 120 degrees), if the angle of the tip portion 54 of the connector 50 is an acute angle, the tip portion Even when the angle of the portion 54 is 90 degrees, the assembly of the connector 50 to the separator 1 proceeds smoothly. However, if the angle formed by the side side portion 11 and the bottom side portion 12 of the notch portion 10 of the separator 1 is an obtuse angle, the cell connector 50 may slide in a direction away from the side side portion 11 after assembly. Not preferable.

また、組み付け時に、セルコネクタ５０の挿入方向での位置決めが適切に行えるように、セパレータ１とセルコネクタ５０との間に、挿入方向に対する適宜のストッパー（突き当て部）を設けておくことは有効である。 Further, it is effective to provide an appropriate stopper (butting portion) with respect to the insertion direction between the separator 1 and the cell connector 50 so that the cell connector 50 can be properly positioned in the insertion direction at the time of assembly. Is.

また、図示の実施の形態では、１個のセルコネクタ５０の場合を説明したが、複数個の単セルを積層したスタック構造としての燃料電池に対して、セルコネクタ５０を用いる場合には、図２に示したセルコネクタ５０を適数個だけ並列に配置した構造として用いることもでき、その構造も本発明の範囲に含まれる。 Further, in the illustrated embodiment, the case of one cell connector 50 has been described, but when the cell connector 50 is used for a fuel cell as a stack structure in which a plurality of single cells are stacked, the figure is shown in the figure. It is also possible to use it as a structure in which an appropriate number of cell connectors 50 shown in 2 are arranged in parallel, and the structure is also included in the scope of the present invention.

１…セパレータ、
１０…Ｌ字状の切欠き部、
１１…切欠き部の側辺部、
１２…切欠き部の底辺部、
５０…電圧検知のためのセルコネクタ、
５１…セルコネクタのケーシング、
５２…セルコネクタの側辺領域、
５３…セルコネクタの先端側である先端領域、
５４…先端領域の先端部、
５５…端子、
５６…セルコネクタの側辺領域に形成された隙間、
５７…セルコネクタの先端領域に形成された隙間、
α…セルコネクタの先端部がなす角度。 1 ... Separator,
10 ... L-shaped notch,
11 ... Side of the notch,
12 ... The bottom of the notch,
50 ... Cell connector for voltage detection,
51 ... Cell connector casing,
52 ... Side area of cell connector,
53 ... Tip area on the tip side of the cell connector,
54 ... The tip of the tip region,
55 ... Terminal,
56 ... A gap formed in the side area of the cell connector,
57 ... A gap formed in the tip region of the cell connector,
α: The angle formed by the tip of the cell connector.

Claims (1)

燃料電池セルと該燃料電池セルの電圧検知のためのセルコネクタとの組み合わせ体であって、
前記燃料電池セルを構成するセパレータは、前記セルコネクタの取り付け部である側辺部と該側辺部の下端から９０度で折曲する底辺部とを持つＬ字状の切欠き部を有し、
前記セルコネクタは、前記セパレータの前記側辺部に嵌合する側辺領域と前記底辺部に嵌合する先端領域とを有し、前記先端領域における前記セパレータへの組み付け時にセパレータの前記底辺部に最初に当接することとなる先端部の角度が鋭角とされている、
ことを特徴とする燃料電池セルとセルコネクタとの組み合わせ体。 A combination of a fuel cell and a cell connector for voltage detection of the fuel cell.
The separator constituting the fuel cell has an L-shaped notch having a side portion that is a mounting portion of the cell connector and a bottom portion that bends at 90 degrees from the lower end of the side side portion. ,
The cell connector has a side side region that fits into the side side portion of the separator and a tip region that fits into the bottom portion, and when assembled to the separator in the tip region, the cell connector is attached to the bottom portion of the separator. The angle of the tip that comes into contact first is an acute angle,
A combination of a fuel cell and a cell connector.
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