JP2014502021A - 燃料電池スタック用コネクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、燃料電池スタックにおける電池電圧の監視に用いられる電気接続システムを提供することである。
【解決手段】本発明に係る燃料電池スタックアセンブリは、複数の燃料電池と、コネクタ装置とを含む。複数の燃料電池は、集積された状態で配置され、それぞれが、実質的にｘ−ｙ平面に対して平行であって、電気タブと、プレートとを有している。電気タブは、ｘ方向においは、プレートの端部から側方に突出し、ｘ−ｙ平面に直交するｚ方向においては、燃料電池の集積された状態の側面に沿って延びるタブの列を形成している。コネクタ装置は、平面部材を有している。平面部材は、複数のスリットを有している。複数のスリットは、平面部材の端部に、互いに、間隔を置いて形成され、ｙ方向への摺動係合によって、タブを受け入れることが可能となっており、また、それぞれが、内側面に導電性材料を有している。代替的に、電気タブのそれぞれは、襞を付けられ、前記プレートの前記ｘ−ｙ平面外における、歪みが生じており、コネクタ装置は、平面部材を有しており、平面部材は、典型的に平行な複数のスリットを有している。この複数のスリットは、平面部材の本体の内側に形成され、ｘ方向への摺動係合によって、前記タブを受け入れることが可能となっている。電気タブのそれぞれは、スリットのそれぞれの内側面における導電性材料の少なくとも一部に係合する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池スタックにおいて、複数の個々の電池に対する電気接続を成立さ電池燃料電池スタックに用いられる電気コネクタ装置に関する。

従来の電気化学的燃料電池は、燃料、及び、酸化剤を電気エネルギー、及び、反応生成物に変換する。典型的な燃料電池は、アノード・フロー・フィールド・プレートとカソード・フロー・フィールド・プレートとの間に挟まれた膜電極集合体（ＭＥＡ）を含んでいる。一般的に、フロー・フィールド・プレートは、１つ、又は、複数のチャネルを有しており、そのチャネルは、ＭＥＡに隣接する一面に広がり、ＭＥＡの活性面に流体燃料、又は、酸化剤を運搬するために用いられる。また、フロー・フィールド・プレートは、その一面にわたって、ＭＥＡに電気的接続を提供する機能を有する。従来の燃料電池スタックにおいて、複数の電池は、積み重なっており、一の電池のアノードフローフィールドプレートが、隣接する電池のカソード・フロー・フィールド・プレートに隣接している。構成によって、二極式フロー・プレートが使用され、１つのフロー・フィールド・プレートは、両側に流体フローチャネルを有する。二極式プレートは、片側が一の電池のアノード・プレートとなり、反対側がその電池に隣接する電池のカソード・フロー・プレートとなる。電力は、スタックにおける、最初のフロー・プレート、及び、最後のフロー・プレートに設けられた電気接続によって、スタックから取り出される。典型的なスタックは、数十、又は、数百もの電池から構成されている。

多くの燃料電池スタックにおいて、各電池の電圧を監視できることが重要である。従って、スタック中のフロー・プレートの多くに電気コネクタタブを設ける必要がある。プレート面内において、これらの電池電圧監視タブは、スタックから側方外側に延伸し、スタック端面に沿ってタブの列を形成する。各電気コネクタは、各タブに結合することができる。

燃料電池スタックを小型化、及び、軽量化し、燃料電池スタックの電力密度を高めるために、これまで、厚みの小さいフロー・プレートが用いられる傾向にあった。厚みの小さいフロー・プレートは、導電性金属、又は、導電性箔の厚みの小さなシートから形成される。この導電性金属、又は、導電性箔は、フロー・プレートの各面において必要とされるチャネルを形成するために、波型になっている。厚みの小さいフロー・プレートは、実質的に、燃料電池スタックの小型化、及び、軽量化を可能とするが、フロー・プレートの端部から側方に突出する電池電圧監視タブの形成に不具合をもたらす可能性がある。これまでのところ、フロー・プレートの典型的な厚みは、０．６ｍｍ程度にまで削減されており、殆ど問題が生ずることもなく、各電池電圧監視コネクタが使用されてきた。しかしながら、フロー・プレートの厚みを、さらに削減する場合、例えば、０．１ｍｍまで削減する場合には、従来の電気コネクタにとって著しい不具合が生じる恐れがある。

フロー・プレートの厚みが減少することは、フロープレートから延びる各タブが圧縮力に抵抗するために必須の剛性、又は、構造的一体性をもはや維持できなくなることを意味する。前記圧縮力は、燃料電池スタックの先端に当たるタブの端部から各タブに対して装着される従来の押し込み式スプリングコネクタ（push-fit spring-located connector）、又は、摩擦式メスコネクタ（friction-fit female connector）によって印加される。

他の問題は、タブが、典型的に、完全な列を形成せず、隣接するタブと十分に整列していない、又は、等間隔になっていないことである。これは、燃料電池スタックを組み立てる場合における、通常の製造及び組み立て公差に起因し、また、マルチタブコネクタ（multi-tab connector）を使用することが望まれる場合には、タブを整列するに当たって、更なる不具合をもたらす。

本発明の課題は、前述した問題を２つの可能な方法によって解決することである。

第１の実施形態として、本発明は、複数の燃料電池と、コネクタ装置とを含む燃料電池スタックアセンブリを開示する。

複数の燃料電池は、集積された状態で配置され、燃料電池スタックを構成し、それぞれが、実質的にｘ−ｙ平面に対して平行であって、電気タブと、プレートとを有している。電気タブは、ｘ方向において、プレートの端部から側方に突出し、燃料電池スタックの側面に沿って、ｘ−ｙ平面に直交するｚ方向に延びるタブ列を形成している。

コネクタ装置は、平面部材を有している。平面部材は、複数のスリットを有している。スリットのそれぞれは、内側面に導電性材料を有している。また、複数のスリットは、平面部材の端部に沿って、互いに間隔を隔ており、ｙ方向への摺動係合によって、前記タブを受け入れることが可能となっている。

スリットのそれぞれは、その長さに沿って、湾曲した外形を有していることが好ましい。コネクタ装置のスリットのそれぞれが、長手方向に沿って、Ｓ字型の外形を有していてもよい。コネクタ装置のスリットのそれぞれは、深さ方向に沿って、湾曲した外形を有していてもよい。スリットは、互いに平行であってもよい。タブの少なくとも一つは、先端部にフックを有していてもよく、このフックが、平面部材のスリットの閉塞部を覆うように、ｙ方向に延びていることが好ましい。スリットのそれぞれは、開口部における平面部材に導入テーパを有していてもよい。タブの列は、ｙ方向に分離した、第１列と、第２列とを有していてもよく、この第２列が、第１列よりも、燃料電池のプレートのそれぞれに対する電気的接続を促進するように、ｚ方向において、第１列に対して、中心線をずらして配置されていることが好ましい。平面部材は、導電性トラックを有するプリント回路基板であってもよく、この導電性トラックが、平面部材の一面を横断し、スリットのそれぞれの内側面における導電性材料に延びていることが好ましい。スリットの少なくとも一つは、保持部材を有していてもよく、この保持部材が、ｙ方向における、コネクタ装置からのタブの解放を抑制することが好ましい。

第２の実施形態として、本発明は、複数の燃料電池と、コネクタ装置とを含む燃料電池スタックアセンブリを開示する。この実施形態において、複数の燃料電池は、集積された状態で配置され、燃料電池スタックを構成し、それぞれが、実質的にｘ−ｙ平面に対して平行であって、電気タブと、プレートとを有している。電気タブは、ｘ方向において、プレートの端部から側方に突出し、燃料電池スタックの側面に沿って、ｘ−ｙ平面に直交するｚ方向に延びるタブの列を形成しており、また、それぞれが、襞を付けられ、プレートの前記ｘ−ｙ平面外における、歪みが生じている。コネクタ装置は、平面部材を有している。平面部材は、複数のスリットを有している。複数のスリットは、平面部材の本体の内側に、互いに間隔を置いて形成され、ｘ方向への摺動係合によって、タブを受け入れることが可能となっている。電気タブのそれぞれは、スリットのそれぞれの内側面における導電性材料の少なくとも一部に係合する。

タブは、襞を付けられ、その長さに対して直角方向に湾曲した外形を有していてもよい。湾曲した外形は、ｘ軸に沿って見ると、Ｕ字型、又は、Ｖ字型であってもよい。タブは、それぞれ、先端部が先細りになっており、その歪みが、タブの先端部において、小さくなっていることが好ましい。タブの列は、ｙ方向に分離した、第１列と、第２列とを有していてもよく、第２列が、第１列よりも、燃料電池のプレートのそれぞれに対する電気的接続を促進するように、ｚ方向において、第１列に対して、中心線をずらして配置されていることが好ましい。平面部材は、導電性トラックを有するプリント回路基板であってもよく、導電性トラックが、平面部材の一面を横断し、スリットのそれぞれの内側面における前記導電性材料に延びていることが好ましい。

また、本発明は、他の実施形態として、燃料電池スタックの端部から側方に突出する、複数の電池電圧監視タブに接続するために用いられる電気コネクタ装置を開示する。この実施形態において、電気コネクタ装置は、平面部材を含む。この平面部材は、典型的に平行な複数のスリットを有している。複数のスリットは、平面部材の端部に沿って、形成され、その長手方向への摺動係合によって、タブを受け入れることが可能となっており、また、それぞれが、内側面に導電性材料を有し、その長さに沿って、湾曲した外形を有している。

さらに、本発明は、他の実施形態として、複数の燃料電池を含む燃料電池スタックを開示する。この実施形態において、複数の燃料電池は、集積された状態で配置され、それぞれが、実質的にｘ−ｙ平面に対して平行であって、電気タブと、プレートとを有している。電気タブは、ｘ方向において、プレートの端部から側方に突出し、燃料電池スタックの側面に沿って、ｘ−ｙ平面に直交するｚ方向に延びるタブの列を形成しており、また、それぞれが、先端部にフックを有している。フックは、ｙ方向に延びている。

さらに、本発明は、他の実施形態として、複数の燃料電池を含む燃料電池スタックを開示する。この実施形態において、複数の燃料電池は、集積された状態で配置され、それぞれが、実質的にｘ−ｙ平面に対して平行であって、電気タブと、プレートとを有している。この電気タブは、ｘ方向において、プレートの端部から側方に突出し、燃料電池スタックの側面に沿って、ｘ−ｙ平面に直交するｚ方向に延びるタブの列を形成しており、また、それぞれが、その長さに対して直角方向に湾曲した外形を有するために、襞を付けられ、プレートのｘ−ｙ平面外における、歪みが生じている。

本発明によれば、前述した問題を２つの可能な方法によって解決することである。

本発明の実施形態について、実施例、及び、添付の図面を参照して説明する。

図１は、各電池の側面から延びる電池電圧監視電気接続タブの列を有する燃料電池スタックの側面の一部を示す斜視図である。

図２は、図１に示された接続タブの列に係合するコネクタ装置の斜視図である。

図３は、図１に示された燃料電池スタックの側面の一部を示す斜視図であり、さらに、その燃料電池スタックは、１対のコネクタ装置を有し、上部コネクタ装置が接続タブの上列に係合するように配置され、下部コネクタ装置が接続タブの下列に結合している状態を示している。

図４は、図１及び図３に示された燃料電池スタックの側面部分を示す斜視図であり、その燃料電池スタックは、接続タブに結合した１対のコネクタ装置を有している状態を示している。

図５は、燃料電池スタックの側面部分を延長した斜視図であり、その燃料電池スタックに結合した複数のコネクタ、及び、接続タブに摺動係合する位置にある１対のコネクタ装置を示している。

図６は、図３に示された燃料電池スタックの側面に関する側面図である。

図７は、各電池の側面から突出した電池電圧監視電気接続タブの列、及び、そのタブに結合した多数のコネクタ装置を有する燃料電池スタックの側面の一部を示す斜視図である。

図８は、図７に示された配列された接続タブの一列に係合するコネクタ装置の斜視図である。

以下において、「上部」、「下部」、「左」、「右」、「上方」、「下方」「前方」、「後方」のような相対的な方向、及び、位置に関する記述子、並びに、これら記述子から派生する任意の形容詞及び副詞は、各図面に示された燃料電池スタックにおける方向を意味するものとして用いられている。しかしながら、これらの記述子は、記載又は主張される発明の用途を限定する任意の方法であることを意図するものではない。

図１を参照すると、燃料電池スタックは、積層された多数の電池１を含んでいる。明示されている訳ではないが、各電池１は、当分野において公知のとおり、流体フロー・プレートの間に挟まれた、膜電極集合体、電極拡散材、及び、密封ガスケットのような多数の構成要素を含んでいる。典型的に、各電池１は、ｘ−ｙ平面を占有する平面構造である。図１に示すとおり、ｘ軸は、紙面に対して出入りする方向に延びており、一方、ｙ軸は、垂直方向に延びている。Ｚ軸は左から右に延びている。しかしながら、スタックの限定は、直交ｘｙｚ軸の特定の方向選択によって示されていない。

スタック中において、各二極式フロー・プレートは、スタックの側面３からｘ方向に突出する電池電圧監視電気接続タブ２を有している。各タブ２は、例えば、１対のガスケットシール（図示省略）を介して、各電池１の端部４から突出している。複数のタブ２は、列を形成しており、図示された範囲おいて、その列は、タブ２の第１列５が、ｙ方向において、タブ２の第２列６と分離した２次元配列となっている。また、第２列６のタブ２は、ｚ方向において、第１列５のタブ２に対して、中心線をずらして配置されている。このような構造によって、スタック中の交互になっている二極式プレートは、列５、６のそれぞれにおける電池電圧監視タブ２を介して連結することが可能となる。その結果、ｚ方向におけるタブの密度は、実質的に低下し、この構造の場合、タブの密度は、半分ほど低下する。

タブ２の配列において、列５、６の数は、１つ、２つ、又は、３つ以上とすることができる。タブ２は、スタック中の全ての電池に設けることができるが、全ての電池に設けなくてもよい。タブ２は、この例で示されているとおり、各二極式プレートに対応していても良い。また、仮に、分離したカソード・フロー・プレート、及び、アノード・フロー・プレートが、スタック中で用いられる場合、タブ２は、カソード・プレート、及び、アノード・プレートの一方、又は、双方に設けられてもよい。

各タブ２は、プレートの必須部分として形成されることが好ましく、例えば、箔プレートと同時に押圧されるか、シートから打ち抜かれる。タブ２は、プレートの１又は２以上の端部において、複数の場所に形成される。

図１に示すとおり、タブ２は、好ましくは、先端部７（プレート本体から離れた端部である。）にフック８、９が形成されている。フック８、９のそれぞれは、ｙ方向、即ち、スタックの側面３に対して並行に延びている。全てのフックは、外側を向くように、第１列５にあるフック８が＋ｙ方向に延び、また、第２列６にあるフック９が反対方向、即ち、−ｙ方向に延びていることが好ましい。製造公差に起因して、スタック中の各プレート、及び、配列された各タブ２は、図において強調されているとおり、正確な正規の配列位置から僅かにずれていてもよい。構成要素の典型的なバラつきは、±０．２ｍｍの位置公差から生じる。タブの厚みは、０．１ｍｍ程度、又は、それ以下である。

図２を参照すると、タブ２に結合するコネクタ装置２０が示されている。コネクタ２０は、一般的な平面部材２１を有している。平面部材２１は、プリント回路基板、又は、他の適切な典型的な固い素材であってもよい。平面部材２１の一端２２は、その中に形成された複数のスリット２３を有している。スリット２３は、好ましくは、平面部材２１を厚み方向に貫通しており、くし型構造を形成している。スリット２３は、幅Ｗであって、幅Ｗが各スリットの開口部２４に向かって先細りになっていてもよい。平面部材２１の一面には、複数の導電性トラック２５が形成されている。各トラック２５は、各スリットに向かって延びており、各スリット２３の内側面に導電性材料２６が存在している。

各スリットは、その長さに沿って、即ち、平面部材の平面に対して直交する軸に沿って見ると、湾曲した外形となっていることが好ましい。図２に図示されているとおり、その湾曲した外形は、スリット２３の長手方向に沿って延びる略Ｓ字型になっていることが好ましい。各スリットは、開口部２９、及び、閉塞部１９を有している。各スリットは、好ましくは、開口部２９にべベル、チャンファ、又は、テーパ１８を有しており、開口部において拡張している。ここで、テーパとは、傾斜面、及び、面取りした端面の双方を包含することを意味する。テーパは、スリット２３の側壁の一方、又は、双方に設けられていてもよい。テーパ１８は、スタックの製造公差、例えば、タブの厚み０．１ｍｍに対するタブの変位±０．２ｍｍを考慮し、開口部２９において、スリット２３にタブ２を導入するのに十分なだけ、スリット２３を拡張するように構成されていることが好ましい。このようにして、スリット２３は、開口部２９において、数倍に拡張されていてもよい。

また、各コネクタ２０は、コネクタソケット２７を有している。コネクタソケット２７は、平面部材２１の一面に搭載されており、従来のリボンケーブル（ribbon cable）等に見られる従来の外部プラグに接続するための複数の電気端子２８を備えている。各導電性トラック２５は、各電気端子２８に接続されていてもよい。

図３を参照すると、コネクタ装置２０とタブ２の列との接合が示されている。図３は、２つのコネクタ装置２０、上部コネクタ３０、及び、下部コネクタ３１を示している。コネクタ装置２０は、図３の上部において、上部コネクタ３０によって示されているとおり、平面部材２１が燃料電池スタックの側面３に向けられ、各スリット２３の開口部２９が各タブ２に向けられている。上部コネクタ３０は、上述したとおりに配置され、ｙ方向、即ち、下方において、タブ２と摺動係合する準備が整っている。平面部材２１の厚みは、次のとおり、即ち、各タブ２が各スリット２３に摺動する際、フック８、９が平面部材２１の平面より高く位置し、また、図４の上部コネクタによって最も明確に示されているとおり、コネクタ２０が十分に係合すると、少なくとも、一つのフック８、９が、平面部材２１を覆うように、スリットの閉塞部１９に係止する構成が好ましい。このような構成によると、コネクタがタブから外れることが防止される。図３は、下部コネクタ３１が、既にタブ２の列に係合している状態を示している。スリット２３の長さは、（図１に示されたｙ方向における）各タブの幅よりも少しだけ長いことが好ましい。

正確な正規の配列位置から、タブの変位があったとしても、各スリット２３の開口部２９におけるテーパ１８は、スリット２３と容易に摺動係合するタブ２を導入するように構成されている。このような厳密な正規の配列からの変位は、通常の製造公差の典型的特徴である。スリット２３の幅Ｗ（図２参照）は、タブの厚みより広くなっていることが好ましく、この場合、過度の摩擦を生じさせることなく、タブ２の容易な摺動係合が可能となる。仮に、過度の摩擦が生じたとすると、タブの厚さと剛性の低さでは、タブを燃料電池スタックの一面に対して平坦に圧潰し（collapse）、又は、打潰（squash）する。スリット２３の好ましい湾曲した外形は、各タブ２と導電性材料２６との良好な電気的接続が、スリットの内側面において実現されるように選択される。タブ２は、スリットの湾曲に緩やかに沿うことを余儀なくされているため、その表面の少なくとも１箇所、又は、それ以上の箇所において、スリットに係合する。

スリット２３の好ましい外形は、（燃料電池スタックに対して相対的に、ｙ方向において、）平面部材２１の一面に沿って延びるＳ字型曲線であるが、スリット２３の他の湾曲した外形としては、タブがスリット２３の内側面に接触するように、タブのｘ−ｙ平面外における、小さな歪みを生じさるものが用いられてもよい。例えば、曲部が２つのＳ字型曲線、又は、曲部が３つ以上の曲線よりも、単純な略Ｃ型曲線（曲部が１つ）が使用される。スリットは、その長さに沿った外形が蛇行していてもよい。湾曲した外形は、代替的、又は、追加的に、平面部材の平面を通り抜ける曲率（curvature）とすることもできる。即ち、仮に、平面部材が十分な厚みを有しているとすれば、スリットの側壁は、平面部材の平面に対して垂直ではない。最も典型的には、スリットの湾曲した外形は、摺動係合時におけるタブの圧潰を引き起こすには不十分ながら、スリットの側壁との良好な接触を十分に確保するタブ２の小さな歪みを形成するものである。

良好な電気接続を実現するタブの小さな歪みは、弾性変形であることが好ましく、この場合、コネクタの操作は、可逆的、且つ、再係合可能となる。

従来のｘ方向における摺動係合よりも、ｙ方向におけるタブ２とのコネクタ２０の摺動係合を実現することによって、係合の始めは、各タブ２の先端部７から軸方向内側というよりも、各タブ２のベース１０に向かって行われるため、タブ２の圧潰の可能性が、かなり低下する。また、幾分かのタブの側方変位が、前述した製造配列公差を解消する必要があるときでさえ、スリット２３のテーパ１８は、任意の摺動係合／歪力がスリットの第１湾曲部によって典型的に付加される前に、各タブ２がスリット内において適切に捕捉されることを確保している。

図４は、上部コネクタ４１、及び、下部コネクタ４０の双方が、タブ２の上列５及び下列６のそれぞれに、十分に係合している状態を示している。

図５は、多数のコネクタ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５１ａ、５１ｂ、５１ｃが、タブ２の長い列に接続するために用いられ得ることを示している。タブ２の小さなグループへの接続は、大型燃料電池スタックの長さにわたって、タブの配置間隔が著しく不足することに関する問題を回避する上で有利であり、また、コネクタの挿入時における各タブに対して与えられる損傷の危険性を低下する。好ましい構成において、コネクタ５０、５１は、平面部材２１の側端５２が、「スリット」の半分を形成する。この「スリット」は、２つの隣接するコネクタ５０ａ、５０ｂ、又は、コネクタ５１ａ、５１ｂが、タブに接続されることによって完成する。従って、コネクタ５１ａの右端５３は、スリット５５の左側面となり、また、コネクタ５１ｂの左端５４は、スリット５５の右側面となる。以上のように、スリット５５は、第２の隣接する一対のコネクタ５１ａ、５１ｂが摺動係合によってタブ２に結合するときに形成される。

図６は、斜視図に示された構成の側面図を示し、より具体的には、上部及び下部コネクタ３０、３１、開口部２４においてテーパ１８を有する幅ＷのＳ字型スリット２３、及び、閉塞部１９を示している。また、図６は、選択されたスリット６０，６１が、顎機構（barb feature）６２を備えた状態を示している。顎機構６２は、一度、各タブ６３がスリット６０、６１に十分に係合したら、各タブ６３を捕捉するように構成されている。したがって、タブ２、６３において、コネクタ３０の保持力は高まる。コネクタ３１については、タブ６３が顎６２の背後で捕捉されている状態が示されている。タブ２、６３からコネクタ３０、３１を解放するために、２つの端部タブ６３を手動で歪め、顎から先端の係合状態を解除してもよい。ｙ方向におけるコネクタからのタブの解放を抑制するために、他の形態の保持機構、又は、保持部材を、顎６２の代わりに用いてもよいし、また、顎６２と併せて用いてもよい。

製造利便性のために、各フィールド・プレートは、一端から突出する２つ又はそれ以上のタブを有した状態で形成されるが、そのうち、１又はそれ以上のタブが、組み立ての間、各プレートから除去され、プレート上の残りのタブが適切な列５、６に配置された状態となる。

タブ、及び、コネクタ部材の他の実施形態について、図７、及び、図８を参照して説明する。この構成において、図７の左側部分に良く示されているように、スタックの側面７０から突出している各タブ７１は、襞を付けられており、プレートのｘ−ｙ平面外における、タブの歪みが生じている。この襞（crimp）は、フロー・プレート、及び、フロー・プレートの中にある波状流路を形成する際における、フロー・プレートのプレス時に施されることが好ましいが、別の工程において施されてもよい。この襞は、タブの長さ（ｘ方向）に対して直角方向に湾曲、又は、傾斜した外形を有することが好ましく、より好ましくは、タブの端部から見て（即ち、図中のｘ軸に沿って見て）、略Ｕ字型又は略Ｖ字型の外形を形成することが好ましい。スタックの側面７０を形成する燃料電池スタックの他の構造については、図１〜図６の構成に関連付けて説明することができる。

また、図７に示されているように、タブ７１は、正方形、又は、長方形というよりも、先細りの先端部７２を有していることが好ましく、先端部７２は、例えば、傾斜した角部、又は、面取りされた角部を有している。これから図８を参照して説明するように、ｙ−ｚ平面においてＵ字型又はＶ字型に襞を付けられた各タブ７１の端部を先細りにすることによって、タブの先端部に存在する面（ｘ−ｙ平面）外への歪みを軽減する効果が得られ、それ故、コネクタのスリットへの挿入に対する初期抵抗が低下することが理解されよう。

各コネクタ装置８０は、典型的に、平面部材８１を有している。平面部材８１は、本体に形成された複数のスリット８２を有している。各スリット８２は、間隔をおいて離れており、内側面に導電性材料８３を有している。スリット８２は、平面部材本体の内側に間隔をおいて配置され、燃料電池スタックにおけるタブ７４の列に整合しており、ｘ方向の摺動係合によってタブを受け入れる構成となっている。そのため、各タブ７１は、各スリットの内側面において、導電性材料８３の少なくとも一部に係合する。

各タブ７１の襞の付いた外形について、ｙ−ｚ平面におけるＵ字型又はＶ字型の高さは、各タブ７１が、スリット８２において十分に係合し、導電性材料８３との良好な電気的接続を確保するために、余儀なく、幾分か、歪曲し、又は、弾性的に変形するのに十分であるように構成されている。タブ７１は、先細りの先端部７２によって、最初のうち、僅かな抵抗を受けて、又は、抵抗を受けることなくスリット８２を通ることができる。増加するタブのＺ軸方向の外形がスリットの側壁との係合を引き起こすのは、タブがスリット８２に幾分か導入されたときだけである。その点に至るまで、タブの位置について、完全な正規の配列から幾分かの整列誤差があったとしても、タブ７１は、タブの崩壊又は折り目が発生しないように、スロット８２によって、十分に導入され、又は、捕捉されることが好ましい。図７は、係合位置ある多数のコネクタ装置８０を示している。

各コネクタ装置８０は、さらに、コネクタソケット８７を有する。コネクタソケット８７は、平面部材８１の一面に搭載されており、外部プラグに接続するための複数の電気端子８８を有している。電気端子８８は、従来のリボンケーブル等である。各スリット８２に位置する導電性材料８３は、各端子８８に電気的に接続されている。導電性材料８３は、例えば、平面部材８１の表面上に形成され、また、その表面を横断して延びる導電性トラックを経由して、各端子８８に電気的に接続される。前述した実施形態と同様に、平面部材は、プリント回路基板（ＰＣＢ）、又は、他の適切な典型的な固い素材であってよい。

好ましい構成において、燃料電池スタックは、ｙ方向に分離した２つ又はそれ以上の列を含んだタブ７１の配列を備える。図７に示された例においては、４つの列７３ａ〜７３ｄがある。各連続した列は、ｚ方向において、他の全ての列に対して、中心線をずらして配置されていることが好ましく、この場合、他の任意の列よりも、スタック中の各プレートへの電気的接続が促進される。

全ての実施形態において前述したコネクタは、厚みの小さいコネクタタブの壊れやすい性質を考慮したとしても、特に、強固かつ耐振動性のある取り付け容易な自己支持型（self-supporting）のコネクタとして適している。図１〜図６の実施形態において、スリットの先細りとなっている性質、及び、コネクタがタブに結合する際の進入角は、特に、組み立て時の位置についての大公差を有するタブに対して、コネクタを適したものとし、また、比較的大きな配置間隔の変化に対応することができる。同様に、図７及び図８の実施形態におけるタブの先細りとなっている性質は、組み立て時のタブの位置における大公差に対して適合し、比較的大きな配置間隔の変化に対応することができる。

タブの係合に必要とされる小さな挿入力は、タブに損傷を与えることなく、コネクタを、簡単な取り外し、及び、再接続に適したものとする。図１〜図６の実施形態におけるタブに対するコネクタの側方挿入（side entry）は、コネクタがコンパクトで目立たなくなるという利点をもたらす。コネクタは、本来、容易に規格化され、ＰＣＢ平面部材の使用によって、低コスト化され、また、他の構成要素と容易に結合する。コネクタアセンブリは、エッチングされ、且つ、プレス加工された燃料電池フィールド・プレート、及び、セパレータ・プレートの双方に使用できる。

一度に多くのタブに結合するコネクタを使用することによって、組み立てのエラー、及び、組み立て費用を大幅に削減することができる。隣接するタブ間の短絡の危険性も低減され、また、隣接するタブの絶縁は、ＰＣＢの構造によって実現される。

ＰＣＢ平面部材のスリットは、水、レーザー、又は、ダイカット（water, laser, or die cutting）のような任意の適切な工程によって形成することができる。図１〜図６の構成のコネクタは、１１個のスロットを有することが好ましいが、前述したように、隣接するコネクタとの連結によって１２個のタブを収納する。

他の実施形態については、添付の特許請求の範囲に意図的に含まれている。

Claims (18)

1. 複数の燃料電池と、コネクタ装置とを含む燃料電池スタックアセンブリであって、
   前記複数の燃料電池は、集積された状態で配置され、燃料電池スタックを構成し、それぞれが、実質的にｘ−ｙ平面に対して平行であって、電気タブと、プレートとを有しており、
   前記電気タブは、ｘ方向において、前記プレートの端部から側方に突出し、前記燃料電池スタックの側面に沿って、前記ｘ−ｙ平面に直交するｚ方向に延びるタブの列を形成しており、
   前記コネクタ装置は、平面部材を有しており、
   前記平面部材は、複数のスリットを有しており、
   前記複数のスリットは、前記平面部材の端部に沿って、互いに間隔を隔てており、ｙ方向への摺動係合によって、前記タブを受け入れることが可能となっており、また、それぞれが、内側面に導電性材料を有している、
   燃料電池スタックアセンブリ。
2. 請求項１に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、前記スリットのそれぞれは、その長さに沿って、湾曲した外形を有している、燃料電池スタックアセンブリ。
3. 請求項１に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、前記コネクタ装置の前記スリットのそれぞれが、長手方向に沿って、Ｓ字型の外形を有している、燃料電池スタックアセンブリ。
4. 請求項１に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、前記コネクタ装置の前記スリットのそれぞれは、深さ方向に沿って湾曲した外形を有している、燃料電池スタックアセンブリ。
5. 請求項１に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、
   前記タブの少なくとも一つは、先端部にフックを有しており、
   前記フックは、前記平面部材の前記スリットの閉塞部を覆うように、前記ｙ方向に延びている、
   燃料電池スタックアセンブリ。
6. 請求項１に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、前記スリットのそれぞれは、開口部における前記平面部材に導入テーパを有している、燃料電池スタックアセンブリ。
7. 請求項１に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、
   前記タブの列は、前記ｙ方向に分離した、第１列と、第２列とを有しており、
   前記第２列は、前記第１列よりも、前記燃料電池の前記プレートのそれぞれに対する電気的接続を促進するように、前記ｚ方向において、前記第１列に対して、中心線をずらして配置されている、
   燃料電池スタックアセンブリ。
8. 請求項１に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、
   前記平面部材は、導電性トラックを有するプリント回路基板であり、
   前記導電性トラックは、前記平面部材の一面を横断し、前記スリットのそれぞれの前記内側面における前記導電性材料に延びている、
   燃料電池スタックアセンブリ。
9. 請求項１に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、
   前記スリットの少なくとも一つは、保持部材を有しており、
   前記保持部材は、前記ｙ方向における、前記タブの前記コネクタ装置からの解放を抑制する、
   燃料電池スタックアセンブリ。
10. 複数の燃料電池と、コネクタ装置とを含む燃料電池スタックアセンブリであって、
    前記複数の燃料電池は、集積された状態で配置され、燃料電池スタックを構成し、それぞれが、実質的にｘ−ｙ平面に対して平行であって、電気タブと、プレートとを有しており、
    前記電気タブは、ｘ方向において、前記プレートの端部から側方に突出し、前記燃料電池スタックの側面に沿って、前記ｘ−ｙ平面に直交するｚ方向に延びるタブの列を形成しており、また、それぞれが、襞を付けられ、前記プレートの前記ｘ−ｙ平面外における、歪みが生じており、
    前記コネクタ装置は、平面部材を有しており、
    前記平面部材は、複数のスリットを有しており、
    前記複数のスリットは、前記平面部材の本体の内側に、互いに間隔を置いて形成され、ｘ方向への摺動係合によって、前記タブを受け入れることが可能となっており、
    前記電気タブのそれぞれは、前記スリットのそれぞれの内側面における導電性材料の少なくとも一部に係合する、
    燃料電池スタックアセンブリ。
11. 請求項１０に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、前記タブは、襞を付けられ、その長さに対して直角方向に湾曲した外形を有する、燃料電池スタックアセンブリ。
12. 請求項１１に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、前記湾曲した外形は、前記ｘ軸に沿って見ると、Ｕ字型、又は、Ｖ字型である、燃料電池スタックアセンブリ。
13. 請求項１０に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、
    前記タブは、それぞれ、先端部が先細りになっており、
    前記歪みは、前記タブの前記先端部において、小さくなっている、
    燃料電池スタックアセンブリ。
14. 請求項１０に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、
    前記タブの列は、前記ｙ方向に分離した、第１列と、第２列とを有しており、
    前記第２列は、前記第１列よりも、前記燃料電池の前記プレートのそれぞれに対する電気的接続を促進するように、前記ｚ方向において、前記第１列に対して、中心線をずらして配置されている、
    燃料電池スタックアセンブリ。
15. 請求項１０に記載された燃料電池スタックアセンブリであって、
    前記平面部材は、導電性トラックを有するプリント回路基板であり、
    前記導電性トラックは、前記平面部材の一面を横断し、前記スリットのそれぞれの前記内側面における前記導電性材料に延びている、
    燃料電池スタックアセンブリ。
16. 燃料電池スタックの端部から側方に突出する、複数の電池電圧監視タブに接続するために用いられる電気コネクタ装置であって、平面部材を含んでおり、
    前記平面部材は、複数のスリットを有しており、
    前記複数のスリットは、前記平面部材の端部に沿って、互いに間隔を置いて形成され、その長手方向への摺動係合によって、前記タブを受け入れることが可能となっており、また、それぞれが、内側面に導電性材料を有し、その長さに沿って、湾曲した外形を有している、
    電気コネクタ装置。
17. 複数の燃料電池を含む燃料電池スタックであって、
    前記複数の燃料電池は、集積された状態で配置され、それぞれが、実質的にｘ−ｙ平面に対して平行であって、電気タブと、プレートとを有しており、
    前記電気タブは、ｘ方向において、前記プレートの端部から側方に突出し、前記燃料電池スタックの側面に沿って、前記ｘ−ｙ平面に直交するｚ方向に延びるタブの列を形成しており、また、それぞれが、先端部にフックを有しており、
    前記フックは、前記ｙ方向に延びている、
    燃料電池スタック。
18. 複数の燃料電池を含む燃料電池スタックであって、
    前記複数の燃料電池は、集積された状態で配置され、それぞれが、実質的にｘ−ｙ平面に対して平行であって、電気タブと、プレートとを有しており、
    前記電気タブは、ｘ方向において、前記プレートの端部から側方に突出し、前記燃料電池スタックの側面に沿って、前記ｘ−ｙ平面に直交するｚ方向に延びるタブの列を形成しており、また、それぞれが、その長さに対して直角方向に湾曲した外形を有するために、襞を付けられ、前記プレートの前記ｘ−ｙ平面外における、歪みが生じている、
    燃料電池スタック。

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