JP4098493B2

JP4098493B2 - Cell voltage monitor connector

Info

Publication number: JP4098493B2
Application number: JP2001156453A
Authority: JP
Inventors: 晃青砥; 隆一小宮山
Original assignee: Tyco Electronics AMP KK; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Tyco Electronics Japan GK
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2021-05-25
Also published as: JP2002352821A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池のセル電圧をモニタするための、セル電圧モニタ用コネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池は、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料極、−極）および電解質膜の他面に配置された触媒層および拡散層からなる電極（カソード、空気極、＋極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、アノード、カソードに燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体通路を形成するセパレータとからセル（単セル）を構成し、複数のセルを積層してモジュールとし、モジュールを積層してモジュール群を構成し、モジュール群のセル積層方向両端に、ターミナル（電極板）、インシュレータ、エンドプレートを配置してスタックを構成し、スタックをスタックの外側でセル積層体の積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート、締結部材はスタック構成部材の一部）にて締め付け、固定したものからなる。
固体高分子電解質型燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる）から水を生成する反応が行われる。
アノード側：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
カソード側：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ
セパレータでのジュール熱とカソードでの水生成反応で熱が出るので、セパレータ間には、各セル毎にあるいは複数個のセル毎に、冷却媒体（通常は冷却水）が流れる流路が形成されており、燃料電池を冷却している。
各セル毎に、または複数のセル毎に、セルで正常な発電が行われていることを確認するとともに、セル電圧に基づいて反応ガスの流量制御を行ったり、異常電圧の場合にモータにガードをかけるために、セル電圧がモニタされる。
特開平９−２８３１６６号公報は、セル電圧をモニタするために、各セルのセパレータに２つずつ丸穴を形成し、そこに１本１本モニタピン端子を差しこむ端子接続構造を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の燃料電池の端子接続構造には、つぎの問題があった。
(i) セルの厚さが薄いのでそこに丸穴を形成すると、丸穴近傍のセルの強度が弱くなったり、丸穴の径を小さくするとピンの強度が弱くなったりして、端子接続部の構造上の信頼性を得にくい。
(ii) ピンのセル穴への差し込み構造のため、また抜け止め構造が無いので、ピンがセルから抜けやすく、抜けるとモニタ不良が生じる。
(iii) 複数並列のモニタピンの各ピンに対して抜け止め構造を設ける場合は、各ピンの差し込み方向に抜け止めを配置することになるが、ピン差し込み方向には、ガス流路（ガスマニホルド含む）や冷却水路（冷却水マニホルド含む）が近接して配置されているので、抜け止め手段を設けるスペースをとりにくい。
本発明の目的は、端子のセルへの接続の強度上の信頼性を上げることができ、端子のセルからの抜け外れを防止できる、セル電圧モニタ用コネクタを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、上記の目的に加うるに、端子の抜け外れ防止構造を端子差し込み方向のスペースを増大させることなく設けることができる、セル電圧モニタ用コネクタを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）燃料電池のセルの正極、負極の何れか一方の極のセパレータの端部に該端部と直交するコネクタ差し込み方向に差し込まれて前記正極、負極の何れか一方の極のセパレータのセパレータ端部に取り付けられ、該セルの電圧をモニタするセル電圧モニタ用コネクタであって、
前記セル電圧モニタ用コネクタはハウジングと該ハウジングに保持された端子とを有し、
前記ハウジングは、前記端子を保持する函部と、該函部に函部内を開閉可能に連結された蓋部と、前記函部内を２つの空間に区切る仕切部とを有し、前記函部内の仕切部で仕切られた２つの空間のそれぞれに前記端子が保持されており、
前記端子は、前記ハウジングの函部に保持されかつ該函部を挿通して前記コネクタ差し込み方向に前記セパレータ側に延び前記セパレータ端部を挟み込む挟み込み部を有し、
前記端子は、前記挟み込み部で前記燃料電池セルの前記セパレータ端部にコンタクトされており、
前記ハウジングは、該ハウジングの函部と仕切部の、前記差し込み方向の端部に形成された、前記コネクタ差し込み方向と直交する方向にかつ前記セパレータ端部側に向かって突出する爪を有しており、
前記ハウジングの前記爪と、前記セパレータ端部の前記爪に対応する部分に形成された、前記コネクタ差し込み方向と直交する方向に前記ハウジング側に向かって突出する突起とが、係合して、前記ハウジングの前記セルからの抜けが防止されている、
セル電圧モニタ用コネクタ。
（２）前記コネクタ差し込み方向に前記セパレータ側に延びる前記端子の前記挟み込み部と、前記ハウジングのうち前記爪が形成されている部分とは、前記コネクタ差し込み方向と直交する方向に、かつ前記セパレータ端部の面と平行な方向に、互いに並べてもうけられている、（１）記載のセル電圧モニタ用コネクタ。
（３）前記セパレータはセパレータ面のうち電解質膜と平行な部分が鉛直方向となるように配置されており、前記コネクタが取付けられる前記セパレータ端部は前記セパレータの上端部に位置しており、前記ハウジングの蓋部は前記ハウジングの函部内の上部に位置しており、前記蓋部が開いた状態で、前記端子が、前記ハウジングの上方から前記ハウジングの函部内に挿入され、前記蓋部が閉じた状態で、前記端子が前記ハウジングから抜けないように、前記端子は前記ハウジングの蓋部によって前記コネクタ差し込み方向に押さえられる、（１）記載のセル電圧モニタ用コネクタ。
【０００５】
上記（１）のセル電圧モニタ用コネクタでは、端子が挟み込み部でセルの端部を挟み込むことにより、端子がセルの端部にコンタクトされるので、端子およびセル端部共に強度が従来構造に比べて増大され、強度上の信頼性も向上される。また、ハウジングに爪を設け該爪をセルに形成した突起を係合させたので、セル電圧モニタ用コネクタがセルから抜けることを防止することができる。
上記（２）のセル電圧モニタ用コネクタでは、端子の挟み込み部と、ハウジングの爪とが、コネクタのセルへの差し込み方向と直交する方向に、並べて設けられているので、コネクタ差し込み方向のスペースを増大させることなく、抜け止め構造を設けることができる。
上記（３）のセル電圧モニタ用コネクタでは、端子をハウジングの上方から挿入しているので、端子のハウジングへの組み込み作業性に優れる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のセル電圧モニタ用コネクタを、図１〜図７を参照して、説明する。
本発明の電圧測定装置が取付けられてセル電圧がモニタされる燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池１０である。本発明の燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００７】
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１、図２に示すように、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２および拡散層１３からなる電極１４（アノード、燃料極、−極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５および拡散層１６からなる電極１７（カソード、空気極、＋極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、電極１４、１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体通路２７（燃料流路２７ａ、空気流路２７ｂ）および燃料電池冷却用の冷却水が流れる冷却水流路２６を形成するセパレータ１８とを重ねてセルを形成し、該セルを複数積層してモジュール１９とし、モジュール１９を積層してモジュール群を構成し、モジュール１９群のセル積層方向（燃料電池積層方向）両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置してスタック２３を構成し、スタック２３を積層方向に締め付けスタック２３の外側で燃料電池積層体積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テンションプレート、締結部材２４はスタックの一部を構成する）とボルト２５で固定したものからなる。冷却水流路２６はセル毎に、または複数のセル毎に、設けられる。たとえば、２つのセル毎に１つの冷却水流路２６が設けられる。
【０００８】
セパレータ１８は、燃料ガスと酸化ガス、燃料ガスと冷却水、酸化ガスと冷却水、の何れかを区画する。セパレータ１８は、また、導電性部材であり、隣り合うセルのアノードからカソードに電子が流れる電気の通路を形成している。１つのセルで、電解質膜１１を挟んでカソード側のセパレータが＋のセパレータであり、アノード側のセパレータが−のセパレータであり、電解質膜１１を挟んだ＋のセパレータと−のセパレータとの間にセル電圧（たとえば、約１Ｖ）が発生する。
セパレータ１８は、カーボン板に冷却水流路２６やガス流路２７を形成したもの、または、導電性粒子を混入して導電性をもたせた樹脂板に冷却水流路２６やガス流路２７を形成したもの、または、流路２６、２７を形成する凹凸のある金属板を複数枚重ね合わせたもの、の何れかからなる。図示例は、セパレータ１８がカーボン板からなる場合を示している。
【０００９】
図３〜図７に示すように、燃料電池１０のセルでの電圧を測定するために、各セル毎に、または複数のセル毎に、セル電圧モニタ用コネクタ３０がセルに接続される。
各セル電圧モニタ用コネクタ３０は、ハウジング３２と、ハウジング３２に着脱可能に保持されハウジング３２によって保護された一対の端子３１を有する。ハウジング３２は非導電性材料であり、たとえば樹脂製である。端子３１は導電性の金属材料（たとえば、銅に金属メッキを施したもの）からなる。各端子３１はそれに対応するワイヤハーネス３３に接続されている。
【００１０】
端子３１は、セルのセパレータ１８に対して着脱可能に、かつセパレータ１８を挟むように、取り付けられる。端子３１は、セパレータ１８に直接コンタクトされる。
端子３１は、セパレータ１８を挟み込むようにセパレータ１８にコンタクトされるコ字状の挟み込み部３１ａと、ワイヤハーネスとの接続部３１ｂと、挟み込み部３１ａと接続部３１ｂとを連結する連結部３１ｃと、からなる。
端子３１は、ハウジング３２の函部３２ａに上方から収められて保護され、抜けないように絶縁用の蓋部３２ｂで押さえられる。蓋部３２ｂと函部３２ａには、それぞれ係止突起３９、４０が形成され、蓋部３２ｂが閉められた時に、蓋部３２ｂは函部３２ａに係止突起３９、４０部位で係止する。コ字状の挟み込み部３１ａの２つの脚は、ハウジング３２の函部３２ａのスリットを挿通してハウジング３２の側壁間でセパレータ１８側に延び、その部分でセパレータ１８の端部を挟み込み、セパレータ１８にコンタクトされる。
【００１１】
ハウジング３２は、端子３１を保持する函部３２ａと、ヒンジ部３２ｃで開閉可能に函部３２ａに連結された蓋部３２ｂと、函部３２ａ内を２つの空間に区切るとともに両端子３１間の絶縁部となる仕切部３２ｄと、からなる。図４は蓋部３２ｂを開けたところを示している。ハウジング３２の函部３２内の２つの空間のそれぞれに端子３１が配置され、その後蓋部３２ｂが閉じられて端子３１の函部３２ａからの抜けを防止する。
【００１２】
図６に示すように、ハウジング３２には、爪３７が形成されており、該爪３７をセルのセパレータ１８に形成された突起３８と係合することにより、ハウジング３２のセルのセパレータ１８からの抜けを防止されている。爪３７は、ハウジング３７のセルへの差し込み方向の先端部に形成されており、たとえば函部３２のセル差し込み方向に延びる壁と該壁に対向する仕切部３２ｄのセル差し込み方向に延びる壁の、セルへの差し込み方向の先端部に形成されており、挟み込むセパレータ１８側に向かって、コネクタ３０のセルへの差し込み方向と直交する方向に突出している。また、セパレータ１８に形成された突起３８は、セパレータ１８の端部に形成されて、コネクタ３０のセルへの差し込み方向と直交する方向に突出している。爪３７と突起３８とが、コネクタ３０のセルへの差し込み方向に係合することにより、セル電圧モニタ用コネクタ３０のセルからの抜け外れが防止される。
【００１３】
端子３１の挟み込み部３１ａと、ハウジング３２の爪３７とは、セル電圧モニタ用コネクタ３０のセルへの差し込み方向（図３のＨ方向）と直交する方向（図３のＬ方向）に、並べて設けられている。燃料電池スタックがセル積層方向を水平方向にして設置される場合は、Ｈ方向は上下方向であり、Ｌ方向は水平方向（横方向）である。端子３１の挟み込み部３１ａとハウジング３２の爪３７とを横に並べた構造では、セル電圧モニタ用コネクタ３０のサイズは、上下方向に小となり、水平方向に延長される。そして、燃料電池スタックがセル積層方向を水平方向にして設置され、セパレータ１８の両側位置にガスと冷却水のマニホルドが配置される場合、セル電圧モニタ用コネクタ３０の上下方向サイズを小とすることにより、セル電圧モニタ用コネクタ３０とセパレータ１８のガスと冷却水のマニホルドとの干渉が防止されている。
【００１４】
セル電圧モニタ用コネクタ３０をセルを積層した燃料電池１０に接続するに際し、セル電圧モニタ用コネクタ３０の一対の端子のうち一方の端子３１を燃料電池１０のセルのセパレータ１８にコンタクトさせ、他方の端子３１を前記セルに隣接するセルの、前記一方の端子がコンタクトするセパレータと同極のセパレータ１８にコンタクトさせてある。
【００１５】
一対の端子３１がコンタクトされるセパレータ１８の極性は＋であっても−であってもよい。図示例は、一対の端子３１が、一つのセルと隣接するセルの、＋極のセパレータ１８にコンタクトされる場合を示している。ハウジング３２に保持される一対の端子３１の間隔は、セル積層体の同じ極性のセパレータピッチに等しく、セル厚の１．５倍である。
図示例では、ハウジング３２に保持された２つの端子３１の一つは一つのセルの＋極性をもつセパレータを挟むように該セパレータにコンタクトされており、もう一つの端子は隣接するセルの＋極性をもつセパレータを挟むように該セパレータ（隣接セルのセパレータ）にコンタクトされている。
【００１６】
（イ）端子３１がコンタクトされない側の極性をもつセパレータ１８には、端子３１がコンタクトされる側の極性をもつセパレータ１８の端子接続部位に対応する部位に切り欠き３４が形成されている。あるいは、（ロ）端子３１がコンタクトされる側の極性をもつセパレータ１８には、端子３１にコンタクトされない側の極性をもつセパレータ１８から突出させた突出部３５が形成されている。あるいは、（ハ）端子３１がコンタクトされない側の極性をもつセパレータ１８に切り欠き３４が形成されるとともに、端子３１がコンタクトされる側の極性をもつセパレータ１８には突出部３５が形成されている。（イ）、（ロ）、（ハ）の何れかの構造とすることによって、端子３１のセパレータ１８への装着時に、端子３１がコンタクトされない側の極性をもつセパレータ１８に、セル電圧モニタ用コネクタ３０が干渉しないようにしてある。
【００１７】
つぎに、上記セル電圧モニタ用コネクタ３０の作用を説明する。
上記セル電圧モニタ用コネクタ３０では、端子３１がコ字状の挟み込み部３１ａでセルのセパレータ１８の端部を挟み込むことにより、端子３１がセルのセパレータ１８の端部にコンタクトされるので、端子３１およびセルのセパレータ１８の端部共に、強度が従来のピンのセパレータ丸穴への差し込み構造に比べて増大され、強度上の信頼性も向上される。すなわち、従来のように丸穴近傍でセパレータが欠けることもなく、またピン径が丸穴径によって制限された従来の場合のように端子の強度が丸穴によって制限されることもないので、本発明の挟み込み構造をもつ端子は、その強度が従来のピンのセパレータ丸穴への差し込み構造に比べて増大され、強度上の信頼性も向上される。
【００１８】
また、ハウジング３２に爪３７を設け、爪３７をセルのセパレータ１８に形成した突起３８に、コネクタのセルへの差し込み方向と逆方向に係合させたので、セル電圧モニタ用コネクタ３０がセルからコネクタのセルへの差し込み方向と逆方向に抜けることが防止される。コネクタ３０をセルに押し込む時、爪３７が樹脂製のハウジング３７の函部３２ａのセル側に向かって延びる壁に形成されているので、函部３２ａの壁が弾性変形で撓むことによって爪３７は容易に突起３８を乗り越えることができ、乗り越えた途端に函部３２ａの壁が元の位置に戻ることによって、爪３７は突起３８に自動的に係合する。したがって、コネクタ３０のセルからの抜け外れ防止に、余分の作業が必要となることはない。
【００１９】
また、上記のセル電圧モニタ用コネクタ３０では、端子の挟み込み部３１ａと、ハウジング３２の爪３７とが、コネクタ３０のセルへの差し込み方向Ｈと直交する方向Ｌに、並べて設けられているので、コネクタ差し込み方向Ｈのスペースを増大させることなく、コネクタ３０のセルからの抜け止め構造３７、３８を設けることができる。抜け止め構造がコネクタ差し込み方向Ｈのスペースを増大させると、切り欠き３４がガスマニホルド部や冷却水マニホルド部に掛かるようになるので、そのような構造をとることができなくなるが、本発明では、端子の挟み込み部３１ａとハウジング３２の爪３７とを横方向に並べて設けたので、コネクタ差し込み方向Ｈのスペースを増大させることがなく、抜け止め構造を設けることができる。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１のセル電圧モニタ用コネクタによれば、端子が挟み込み部でセルの端部を挟み込むことにより、端子がセルの端部にコンタクトされるので、端子およびセル端部共に強度が従来構造に比べて増大され、強度上の信頼性も向上される。また、ハウジングに爪を設け該爪をセルに形成した突起を係合させたので、セル電圧モニタ用コネクタがセルから抜けることを防止することができる。
請求項２のセル電圧モニタ用コネクタによれば、端子の挟み込み部と、ハウジングの爪とが、コネクタのセルへの差し込み方向と直交する方向に、並べて設けられているので、コネクタ差し込み方向のスペースを増大させることなく、抜け止め構造を設けることができる。
請求項３のセル電圧モニタ用コネクタによれば、端子をハウジングの上方から挿入しているので、端子のハウジングへの組み込み作業性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例のセル電圧モニタ用コネクタが適用される燃料電池の全体概略図である。
【図２】図１の燃料電池の一部拡大断面図である。
【図３】本発明実施例のセル電圧モニタ用コネクタの側面図である。
【図４】本発明実施例のセル電圧モニタ用コネクタの、ハウジングの蓋部を開けた状態での、平面図である。
【図５】本発明実施例のセル電圧モニタ用コネクタの正面図である。
【図６】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１０（固体高分子電解質型）燃料電池
１１電解質膜
１２触媒層
１３拡散層
１４電極（アノード、燃料極）
１５触媒層
１６拡散層
１７電極（カソード、空気極）
１８セパレータ
１９モジュール
２０ターミナル
２１インシュレータ
２２エンドプレート
２３スタック
２４テンションプレート
２５ボルト
２６冷却水流路
２７ガス流路
３０セル電圧モニタ用コネクタ
３１端子
３１ａ挟み込み部
３１ｂ接続部
３１ｃ連結部
３２ハウジング
３２ａ函部
３２ｂ蓋部
３２ｃヒンジ部
３２ｄ仕切部
３３ワイヤハーネス
３４切り欠き
３５突出部
３７爪
３８突起
３９、４０係止突起[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cell voltage monitoring connector for monitoring a cell voltage of a fuel cell.
[0002]
[Prior art]
The solid polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane composed of an ion exchange membrane, an electrode (anode, fuel electrode, negative electrode) composed of a catalyst layer and a diffusion layer disposed on one surface of the electrolyte membrane, and the other surface of the electrolyte membrane. A membrane-electrode assembly (MEA) consisting of an electrode (cathode, air electrode, + electrode) consisting of a catalyst layer and a diffusion layer disposed, and fuel gas (hydrogen) and oxidizing gas (MEA) on the anode and cathode A cell (single cell) is formed from a separator that forms a fluid passage for supplying oxygen (usually air), a plurality of cells are stacked to form a module, and the modules are stacked to form a module group. A stack is formed by arranging terminals (electrode plates), insulators, and end plates at both ends of the cell stacking direction of the group, and stacking the cells outside the stack A fastening member (for example, a tension plate, the fastening member is a part of the stack constituent member) extending in the stacking direction of the layered body is clamped and fixed.
In a solid polymer electrolyte fuel cell, a reaction for converting hydrogen into hydrogen ions and electrons is performed on the anode side, the hydrogen ions move through the electrolyte membrane to the cathode side, and oxygen, hydrogen ions and electrons (adjacent to the cathode side). The electrons produced at the anode of the MEA come through the separator) to produce water.
Anode side: H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻
Cathode side: 2H ⁺ + 2e ⁻ + (1/2) O ₂ → H ₂ O
Since heat is generated by the Joule heat at the separator and the water generation reaction at the cathode, a flow path through which a cooling medium (usually cooling water) flows is formed between the separators for each cell or for each of a plurality of cells. And cooling the fuel cell.
Confirm that normal power generation is performed in each cell or every multiple cells, control the flow rate of the reaction gas based on the cell voltage, and guard the motor in case of abnormal voltage In order to apply, the cell voltage is monitored.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-283166 proposes a terminal connection structure in which two round holes are formed in each cell separator and a monitor pin terminal is inserted into each of the separators in order to monitor the cell voltage. .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional fuel cell terminal connection structure has the following problems.
(i) Since the thickness of the cell is thin, if a round hole is formed there, the strength of the cell in the vicinity of the round hole will be weakened, and if the diameter of the round hole is reduced, the strength of the pin will be weakened. It is difficult to obtain structural reliability.
(ii) Since the pin is inserted into the cell hole and there is no retaining structure, the pin is easily removed from the cell, and if it is removed, a monitor failure occurs.
(iii) When a retaining structure is provided for each of a plurality of monitor pins arranged in parallel, a retaining mechanism is disposed in the insertion direction of each pin. However, in the pin insertion direction, a gas flow path (including a gas manifold) is provided. ) And the cooling water channel (including the cooling water manifold) are arranged close to each other, so that it is difficult to take a space for providing the retaining means.
An object of the present invention is to provide a cell voltage monitoring connector that can increase the reliability of the strength of connection of a terminal to a cell and can prevent the terminal from being detached from the cell.
Another object of the present invention is to provide a cell voltage monitoring connector which can be provided with a structure for preventing terminal detachment without increasing the space in the terminal insertion direction, in addition to the above object. .
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for achieving the above object is as follows.
(1) The separator of either the positive electrode or the negative electrode is inserted into the end of the separator of the positive electrode or negative electrode of the fuel cell in the connector insertion direction perpendicular to the end. A cell voltage monitoring connector that is attached to an end and monitors the voltage of the cell,
The cell voltage monitor connector has a housing and a terminal held in the housing,
The housing includes a box portion that holds the terminal, a lid portion that is connected to the box portion so that the inside of the box portion can be opened and closed, and a partition portion that divides the inside of the box portion into two spaces . The terminal is held in each of the two spaces partitioned by the partition,
The terminal includes a nip sandwich extended beauty the separator end to the separators side to the connector insertion direction by inserting the held and該函portion a box portion of the housing,
The terminal is in contact with the separator end of the fuel cell at the sandwiched portion,
The housing has a claw formed at an end portion of the housing portion and the partition portion of the housing in the insertion direction and projecting in a direction orthogonal to the connector insertion direction and toward the separator end portion side. And
The claw of the housing is engaged with a protrusion formed on a portion corresponding to the claw of the separator end portion and projecting toward the housing in a direction orthogonal to the connector insertion direction, Removal of the housing from the cell is prevented,
Cell voltage monitor connector.
(2) and the nip of the extending building the terminal to the separators side to the connector insertion direction, and the portion where the nail is formed out of the housing, in a direction perpendicular to the connector insertion direction, and wherein The cell voltage monitoring connector according to (1), wherein the connector is arranged side by side in a direction parallel to the surface of the separator end.
(3) The separator is disposed such that a portion of the separator surface parallel to the electrolyte membrane is in a vertical direction, the separator end to which the connector is attached is located at an upper end of the separator, The lid of the housing is located in the upper part of the housing part of the housing, and with the lid part opened, the terminal is inserted into the housing part of the housing from above the housing, and the lid part is closed. The cell voltage monitoring connector according to (1) , wherein the terminal is pressed in the connector insertion direction by a lid portion of the housing so that the terminal does not come out of the housing in a state where
[0005]
In the cell voltage monitoring connector of (1) above, since the terminal is brought into contact with the end of the cell by sandwiching the end of the cell at the sandwiched portion, the strength of both the terminal and the cell end is higher than that of the conventional structure. The strength reliability is also improved. Further, since the claw is provided on the housing and the projection formed on the cell is engaged, it is possible to prevent the cell voltage monitoring connector from coming off the cell.
In the cell voltage monitoring connector of the above (2), the pinching portion of the terminal and the claw of the housing are provided side by side in a direction perpendicular to the insertion direction of the connector into the cell, so that there is a space in the connector insertion direction. A retaining structure can be provided without increasing.
In the cell voltage monitoring connector of the above (3), since the terminal is inserted from above the housing, the workability of assembling the terminal into the housing is excellent.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, the connector for cell voltage monitoring of this invention is demonstrated with reference to FIGS.
The fuel cell to which the voltage measuring device of the present invention is attached and the cell voltage is monitored is a solid polymer electrolyte fuel cell 10. The fuel cell 10 of the present invention is mounted on, for example, a fuel cell vehicle. However, it may be used other than an automobile.
[0007]
As shown in FIGS. 1 and 2, the solid polymer electrolyte fuel cell 10 includes an electrolyte membrane 11 made of an ion exchange membrane, and an electrode 14 made up of a catalyst layer 12 and a diffusion layer 13 disposed on one surface of the electrolyte membrane 11. (Anode, fuel electrode, negative electrode) and a membrane-electrode assembly (MEA :) consisting of electrode 17 (cathode, air electrode, positive electrode) consisting of catalyst layer 15 and diffusion layer 16 disposed on the other surface of electrolyte membrane 11 Membrane-Electrode Assembly), fluid passage 27 (fuel passage 27a, air passage 27b) and fuel cell cooling for supplying fuel gas (hydrogen) and oxidizing gas (oxygen, usually air) to electrodes 14 and 17 A cell is formed by stacking a separator 18 forming a cooling water flow path 26 through which cooling water flows, and a plurality of the cells are stacked to form a module 19, and the module 19 is stacked to form a module group. A stack 23 is configured by disposing terminals 20, insulators 21 and end plates 22 at both ends of the cell stacking direction (fuel cell stacking direction) of the module 19 group, and the stack 23 is clamped in the stacking direction outside the stack 23. A fastening member 24 (for example, a tension plate, the fastening member 24 forms a part of the stack) and a bolt 25 extending in the stacking direction of the fuel cell stack are fixed. The cooling water channel 26 is provided for each cell or for each of a plurality of cells. For example, one cooling water flow path 26 is provided for every two cells.
[0008]
Separator 18 partitions either fuel gas and oxidizing gas, fuel gas and cooling water, or oxidizing gas and cooling water. The separator 18 is also a conductive member, and forms an electric path through which electrons flow from the anode of the adjacent cell to the cathode. In one cell, the separator on the cathode side with the electrolyte membrane 11 sandwiched is a positive separator, the separator on the anode side is a negative separator, and the separator between the positive separator and the negative separator with the electrolyte membrane 11 sandwiched therebetween. A cell voltage (eg, about 1V) is generated.
In the separator 18, the cooling water flow path 26 and the gas flow path 27 are formed on a carbon plate or a resin plate mixed with conductive particles to have conductivity. Or one obtained by superimposing a plurality of concave and convex metal plates forming the flow paths 26 and 27. In the illustrated example, the separator 18 is made of a carbon plate.
[0009]
As shown in FIGS. 3-7, in order to measure the voltage in the cell of the fuel cell 10, the cell voltage monitoring connector 30 is connected to the cell for each cell or for each of a plurality of cells.
Each cell voltage monitoring connector 30 has a housing 32 and a pair of terminals 31 that are detachably held in the housing 32 and protected by the housing 32. The housing 32 is a non-conductive material, and is made of, for example, resin. Terminal 31 is made of a conductive metal material (for example, copper plated with metal). Each terminal 31 is connected to a corresponding wire harness 33.
[0010]
The terminal 31 is attached to the cell separator 18 so as to be detachable and sandwich the separator 18. The terminal 31 is in direct contact with the separator 18.
The terminal 31 includes a U-shaped sandwiching portion 31a that is in contact with the separator 18 so as to sandwich the separator 18, a connection portion 31b with a wire harness, a connection portion 31c that connects the sandwiching portion 31a and the connection portion 31b, Consists of.
The terminal 31 is housed and protected in the box portion 32a of the housing 32 from above, and is held by an insulating lid portion 32b so as not to come off. Locking projections 39 and 40 are formed on the lid portion 32b and the box portion 32a, respectively, and when the lid portion 32b is closed, the lid portion 32b is locked to the box portion 32a at the locking projections 39 and 40. The two legs of the U-shaped sandwiching portion 31a are inserted through the slit of the box portion 32a of the housing 32 and extend to the separator 18 side between the side walls of the housing 32, and sandwich the end of the separator 18 at that portion. Is contacted.
[0011]
The housing 32 has a box part 32a for holding the terminal 31, a lid part 32b connected to the box part 32a so as to be opened and closed by a hinge part 32c, and the box part 32a is divided into two spaces and insulated between the terminals 31. Partition part 32d to be a part. FIG. 4 shows the lid 32b opened. The terminal 31 is disposed in each of the two spaces in the box portion 32 of the housing 32, and then the lid portion 32b is closed to prevent the terminal 31 from coming off from the box portion 32a.
[0012]
As shown in FIG. 6, the housing 32 is formed with a claw 37. By engaging the claw 37 with a projection 38 formed on the cell separator 18, the claw 37 is separated from the cell separator 18 of the housing 32. It is prevented from coming off. The claw 37 is formed at the tip of the housing 37 in the insertion direction into the cell. For example, a wall extending in the cell insertion direction of the box portion 32 and a wall extending in the cell insertion direction of the partition portion 32d facing the wall, It is formed at the tip of the insertion direction into the cell, and protrudes in a direction orthogonal to the insertion direction of the connector 30 into the cell toward the sandwiching separator 18 side. Further, the protrusion 38 formed on the separator 18 is formed at the end of the separator 18 and protrudes in a direction perpendicular to the insertion direction of the connector 30 into the cell. By engaging the claw 37 and the protrusion 38 in the insertion direction of the connector 30 into the cell, the cell voltage monitoring connector 30 is prevented from coming off from the cell.
[0013]
The pinching portion 31a of the terminal 31 and the claw 37 of the housing 32 are provided side by side in a direction (L direction in FIG. 3) perpendicular to the insertion direction (H direction in FIG. 3) of the cell voltage monitoring connector 30 into the cell. It has been. When the fuel cell stack is installed with the cell stacking direction being the horizontal direction, the H direction is the vertical direction and the L direction is the horizontal direction (lateral direction). In the structure in which the pinched portion 31a of the terminal 31 and the claw 37 of the housing 32 are arranged side by side, the size of the cell voltage monitoring connector 30 is reduced in the vertical direction and extended in the horizontal direction. When the fuel cell stack is installed with the cell stacking direction set in the horizontal direction and the manifolds for the gas and the cooling water are arranged on both sides of the separator 18, the vertical size of the cell voltage monitoring connector 30 is reduced. This prevents interference between the cell voltage monitor connector 30 and the separator 18 gas and the coolant manifold.
[0014]
When connecting the cell voltage monitoring connector 30 to the fuel cell 10 in which the cells are stacked, one terminal 31 of the pair of terminals of the cell voltage monitoring connector 30 is brought into contact with the separator 18 of the cell of the fuel cell 10, and the other The terminal 31 is brought into contact with the separator 18 having the same polarity as the separator with which the one terminal of the cell adjacent to the cell contacts.
[0015]
The polarity of the separator 18 with which the pair of terminals 31 are contacted may be positive or negative. The illustrated example shows a case where a pair of terminals 31 are in contact with a positive electrode separator 18 of a cell adjacent to one cell. The distance between the pair of terminals 31 held in the housing 32 is equal to the separator pitch of the same polarity of the cell stack, and is 1.5 times the cell thickness.
In the illustrated example, one of the two terminals 31 held by the housing 32 is in contact with the separator so as to sandwich the separator having the + polarity of one cell, and the other terminal is the + polarity of the adjacent cell. The separator (adjacent cell separator) is in contact with a separator having
[0016]
(A) A notch 34 is formed in a portion of the separator 18 having a polarity on the side to which the terminal 31 is not contacted, corresponding to a terminal connecting portion of the separator 18 having a polarity on the side to which the terminal 31 is contacted. Alternatively, (B) the separator 18 having the polarity on the side to which the terminal 31 is contacted is formed with a protruding portion 35 that protrudes from the separator 18 having the polarity on the side not in contact with the terminal 31. Alternatively, (c) a notch 34 is formed in the separator 18 having a polarity on the side to which the terminal 31 is not contacted, and a protrusion 35 is formed in the separator 18 having a polarity on the side to which the terminal 31 is contacted. . By adopting the structure of any one of (A), (B), and (C), the cell voltage monitoring connector is connected to the separator 18 having the polarity on the side to which the terminal 31 is not contacted when the terminal 31 is mounted on the separator 18. 30 does not interfere.
[0017]
Next, the operation of the cell voltage monitoring connector 30 will be described.
In the cell voltage monitoring connector 30, the terminal 31 is brought into contact with the end of the cell separator 18 by sandwiching the end of the cell separator 18 with the U-shaped sandwiching portion 31a. In addition, the strength of both the end portions of the separator 18 of the cell is increased as compared with the conventional structure for inserting the pin into the separator round hole, and the reliability in strength is also improved. That is, the separator is not chipped near the round hole as in the conventional case, and the strength of the terminal is not limited by the round hole as in the conventional case where the pin diameter is limited by the round hole diameter. The strength of the terminal having the sandwiching structure of the invention is increased as compared with the conventional structure of inserting the pin into the separator round hole, and the reliability in strength is also improved.
[0018]
Further, the pawl 37 on the housing 32, the protrusion 38 forming a pawl 37 in a cell of the separator 18, since engaged with the insertion direction opposite to the direction of the connector of the cell, the cell voltage monitor connector 30 from the cell It is prevented that the connector is pulled out in the direction opposite to the insertion direction into the cell. When the connector 30 is pushed into the cell, the claw 37 is formed on the wall extending toward the cell side of the box portion 32a of the resin-made housing 37. Therefore, the wall of the box portion 32a is bent due to elastic deformation, whereby the claw 37 is formed. Can easily get over the projection 38, and as soon as it gets over, the wall of the box 32a returns to its original position, and the claw 37 automatically engages the projection 38. Therefore, no extra work is required to prevent the connector 30 from coming off the cell.
[0019]
Further, in the cell voltage monitoring connector 30 described above, the pinching portion 31a of the terminal and the claw 37 of the housing 32 are provided side by side in the direction L perpendicular to the insertion direction H of the connector 30 into the cell. Without increasing the space in the connector insertion direction H, the retaining structures 37 and 38 from the cell of the connector 30 can be provided. If the retaining structure increases the space in the connector insertion direction H, the notch 34 is engaged with the gas manifold part or the cooling water manifold part, so that such a structure cannot be taken. Since the pinching portion 31a of the terminal and the claw 37 of the housing 32 are provided side by side, the space in the connector insertion direction H is not increased, and a retaining structure can be provided.
[0020]
【The invention's effect】
According to the cell voltage monitoring connector of claim 1, since the terminal is brought into contact with the end of the cell by sandwiching the end of the cell at the sandwiched portion, the strength of both the terminal and the cell end is the conventional structure. Compared to this, the reliability in strength is improved. Further, since the claw is provided on the housing and the projection formed on the cell is engaged, it is possible to prevent the cell voltage monitoring connector from coming off the cell.
According to the cell voltage monitoring connector of claim 2, since the pinched portion of the terminal and the claw of the housing are provided side by side in a direction orthogonal to the insertion direction of the connector into the cell, the space in the connector insertion direction A retaining structure can be provided without increasing the height.
According to the cell voltage monitoring connector of the third aspect, since the terminal is inserted from above the housing, the workability of assembling the terminal into the housing is excellent.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic view of a fuel cell to which a cell voltage monitoring connector of an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of the fuel cell of FIG.
FIG. 3 is a side view of a cell voltage monitoring connector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of the cell voltage monitoring connector according to the embodiment of the present invention in a state in which a housing cover is opened.
FIG. 5 is a front view of a cell voltage monitoring connector according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3;
7 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
[Explanation of symbols]
10 (solid polymer electrolyte type) fuel cell 11 electrolyte membrane 12 catalyst layer 13 diffusion layer 14 electrode (anode, fuel electrode)
15 Catalyst layer 16 Diffusion layer 17 Electrode (cathode, air electrode)
18 Separator 19 Module 20 Terminal 21 Insulator 22 End plate 23 Stack 24 Tension plate 25 Bolt 26 Cooling water flow path 27 Gas flow path 30 Cell voltage monitor connector 31 Terminal 31a Clamping part 31b Connection part 31c Connection part 32 Housing 32a Box part 32b Lid Part 32c Hinge part 32d Partition part 33 Wire harness 34 Notch 35 Projection part 37 Claw 38 Protrusion 39, 40 Locking protrusion

Claims

燃料電池のセルの正極、負極の何れか一方の極のセパレータの端部に該端部と直交するコネクタ差し込み方向に差し込まれて前記正極、負極の何れか一方の極のセパレータのセパレータ端部に取り付けられ、該セルの電圧をモニタするセル電圧モニタ用コネクタであって、
前記セル電圧モニタ用コネクタはハウジングと該ハウジングに保持された端子とを有し、
前記ハウジングは、前記端子を保持する函部と、該函部に函部内を開閉可能に連結された蓋部と、前記函部内を２つの空間に区切る仕切部とを有し、前記函部内の仕切部で仕切られた２つの空間のそれぞれに前記端子が保持されており、
前記端子は、前記ハウジングの函部に保持されかつ該函部を挿通して前記コネクタ差し込み方向に前記セパレータ側に延び前記セパレータ端部を挟み込む挟み込み部を有し、
前記端子は、前記挟み込み部で前記燃料電池セルの前記セパレータ端部にコンタクトされており、
前記ハウジングは、該ハウジングの函部と仕切部の、前記差し込み方向の端部に形成された、前記コネクタ差し込み方向と直交する方向にかつ前記セパレータ端部側に向かって突出する爪を有しており、
前記ハウジングの前記爪と、前記セパレータ端部の前記爪に対応する部分に形成された、前記コネクタ差し込み方向と直交する方向に前記ハウジング側に向かって突出する突起とが、係合して、前記ハウジングの前記セルからの抜けが防止されている、
セル電圧モニタ用コネクタ。Inserted in the connector insertion direction perpendicular to the end of either the positive electrode or the negative electrode separator of the fuel cell into the separator end of the positive electrode or negative electrode separator A cell voltage monitoring connector that is attached and monitors the voltage of the cell,
The cell voltage monitor connector has a housing and a terminal held in the housing,
The housing includes a box portion that holds the terminal, a lid portion that is connected to the box portion so that the inside of the box portion can be opened and closed, and a partition portion that divides the inside of the box portion into two spaces . The terminal is held in each of the two spaces partitioned by the partition,
The terminal includes a nip sandwich extended beauty the separator end to the separators side to the connector insertion direction by inserting the held and該函portion a box portion of the housing,
The terminal is in contact with the separator end of the fuel cell at the sandwiched portion;
The housing has a claw formed at an end portion of the housing portion and the partition portion of the housing in the insertion direction and projecting in a direction orthogonal to the connector insertion direction and toward the separator end portion side. And
The claw of the housing is engaged with a protrusion formed on a portion corresponding to the claw of the separator end portion and projecting toward the housing in a direction orthogonal to the connector insertion direction, Removal of the housing from the cell is prevented,
Cell voltage monitor connector.

前記コネクタ差し込み方向に前記セパレータ側に延びる前記端子の前記挟み込み部と、前記ハウジングのうち前記爪が形成されている部分とは、前記コネクタ差し込み方向と直交する方向に、かつ前記セパレータ端部の面と平行な方向に、互いに並べてもうけられている、請求項１記載のセル電圧モニタ用コネクタ。Said nip of extension building the terminal to the separators side to the connector insertion direction, the portion where the nail is formed out of the housing and in the direction perpendicular to the connector insertion direction, and the separator end The cell voltage monitoring connector according to claim 1, wherein the cell voltage monitoring connector is arranged in parallel with each other in a direction parallel to the surface.

前記セパレータはセパレータ面のうち電解質膜と平行な部分が鉛直方向となるように配置されており、前記コネクタが取付けられる前記セパレータ端部は前記セパレータの上端部に位置しており、前記ハウジングの蓋部は前記ハウジングの函部内の上部に位置しており、前記蓋部が開いた状態で、前記端子が、前記ハウジングの上方から前記ハウジングの函部内に挿入され、前記蓋部が閉じた状態で、前記端子が前記ハウジングから抜けないように、前記端子は前記ハウジングの蓋部によって前記コネクタ差し込み方向に押さえられる、請求項１記載のセル電圧モニタ用コネクタ。 The separator is disposed such that a portion of the separator surface parallel to the electrolyte membrane is in a vertical direction, and the end of the separator to which the connector is attached is located at the upper end of the separator, and the lid of the housing The part is located in the upper part of the housing part of the housing, the terminal is inserted into the housing part of the housing from above the housing with the lid part opened, and the lid part is closed. The cell voltage monitoring connector according to claim 1, wherein the terminal is pressed in the connector insertion direction by a lid portion of the housing so that the terminal does not come out of the housing.