JP5068625B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
燃料電池運転時に各セルが正常な状態にあるかどうかを知るには、セル電圧の測定を行えばよく、従来より、セル電圧検出端子装置として、図8に示すような差込式端子を用いた装置が知られている。
この電圧検出端子装置は、燃料電池スタック1を構成するセル2の近くに設けられたセル電圧測定用の回路基板3と、その回路基板3に固定されたセル電圧検出端子4と、セル2に形成された端子取付穴5とを備えて構成されている。
従って、セル2の異常は、セル電圧の低下として検知されることになる。
燃料電池の技術分野においては、設備スペースの小型化の観点から単セルの小型化・薄型化が望まれており、セルの構成要素であるセパレータも例えば2〜5mm程度と出来うる限り薄く形成されてきている。こうした薄いセパレータに端子取付穴5を設けるためには、高い加工精度が求められる。
また、セル電圧検出端子4を端子取付穴5に差し込む時、各セル2の厚さは薄く隙間が少ないため、セル電圧検出端子4の差し込みが難しくなり、その作業に手間取る。
請求項1の発明は、固体高分子膜の両面に燃料極および空気極をそれぞれ接合して膜電極接合体(13)を構成し、前記膜電極接合体を一対のセパレータ(14)により挟持してセル(12)を構成し、複数の前記セルを積層して構成された燃料電池(燃料電池スタック11)において、複数のセル電圧検出端子(21)を前記燃料電池(燃料電池スタック11)に接続するに際し、前記複数のセル電圧検出端子のうち一の端子を前記燃料電池のうち一のセルのセパレータ(14)に接続し、他の端子を前記一のセルとは異なるセルの、前記一の端子が接続されるセパレータと同極のセパレータに接続し、前記複数のセルは、水平方向に積層され、前記同極のセパレータには、隣り合うセルに面する側面(14A)に、前記セパレータの上面(14B)に入口部が開口するとともに前記隣り合うセルに面する開口を有する凹部(15)が形成され、前記端子は、前記凹部に挿入される差込部(22)を備え、前記差込部を前記凹部に挿入して、前記端子を前記セパレータに接続することを特徴としている。
図1は本実施の形態による燃料電池用セル電圧検出端子装置の要部を示す斜視図、図2は同装置の断面図である。
各セル12は、固体高分子膜の両面に燃料極及び空気極をそれぞれ接合してなる膜・電極接合体(以下、「MEA」と略記する。)13と、このMEA13を両側から挟持するセパレータ14とを備えて構成される。
そして、燃料極に接するセパレータ14のガス流路に水素が供給されると共に、空気極に接するセパレータ14のガス流路に空気が供給されることによって、これら電極間で電気化学反応に基づく発電が行われる。
この端子取付穴15は、図2に示すように、縦断面略楔状をなし、端子挿入口17側の内壁に突出形成された凸部(顎部)16によって、端子挿入口17よりも横断面の小さい狭小部18を備えた構成とされている。
このセル電圧検出端子21は、その先端側に前記端子取付穴15の内壁に係合する(噛み合う)ように折り返し形成されたへアピン型の差込部22を備えており、根元側はセル電圧測定用の回路基板23に固定されている。
また、セル電圧検出端子21の中間付近には、セル12と回路基板23間の相対変位を吸収するための屈曲部(可撓部)26が設けられている。
すると、端子差込穴15に対応して楔状をなす差込部22が弾性変形しながら差し込まれていく。
差込部22が狭小部18を越える際には、かえし部24が折り返し部23を概ね起点として凸部16の突出方向に弾性変形するため、弾性変形前は狭小部18よりも幅広な差込部22も容易に狭小部18を越えることができる。
さらに、燃料電池運転時は、セル電圧検出端子21の中間付近に設けた屈曲部26が延びることでセル電圧検出端子21の利用される長さが変わり得る構成になっているため、回路基板23とセル12との相対変位を吸収することができる。
このとき、各セル電圧検出端子21間の間隔は、燃料電池スタック11が加圧等されていないときのセル12間の間隔が設計値等から予めわかっているため、その間隔に合わせておく。
その後、屈曲部26と差込部22の間に接続ジグ31を上から押し当て、差込部22が端子差込穴15に深く差し込まれるようにする。
接続ジグ31には、回路基板23に固定されたセル電圧検出端子21間の間隔と等間隔に端子ガイド用の溝を設けておいてもよく、かかる場合には、各セル電圧検出端子21を一定間隔に保持したままセル12に接続することができるので、作業性の向上を図ることができる。
回路基板23が仮位置決めされたとき、セル電圧検出端子21の差込部22が端子差込穴15に正常に仮差し込まれている場合は、仮差し込みされていない場合よりも回路基板23側に差込部22が位置することになるから、その位置を検出することにより、セル電圧検出端子21の仮差し込み状態を判断することができる。
セル電圧検出端子21をセル12から取り外す時は、取り外しジグ32を用いて端子挿入口17からセパレータ14の外側に突出している余長部25を前記凸部突出方向に押しながら、回路基板23を燃料電池スタック11から離間させることによって、セル電圧検出端子21をセル12から切り離す。
従って、そのまま回路基板23を持ち上げれば、差込部22は端子差込穴15から容易に抜ける。
また、本実施の形態による燃料電池用セル電圧検出端子装置によれば、セル電圧検出端子21に設けた差込部22のバネ作用を利用してセル電圧検出端子21を簡単かつ確実にセルに接続し得ると共に、差込部22の弾発力によって接触不良をも効果的に防止することができる。
さらに、セル電圧検出端子21のかえし部24を端子差込穴15の凸部16と噛み合わせることによって、一度接続したセル電圧検出端子21は接続解除動作を行わない限り、容易に外れることがなくなる。
本システムは、燃料電池スタック11及び回路基板23の位置決め工程と、セル電圧検出端子21の着脱工程を自動化するものであり、前記接続ジグ31及び取り外しジグ32の他に、制御部41,接続ジグ31等を駆動する駆動部42,例えば光センサを有する位置検出部43,及び燃料電池スタック11が載置される台座44を備えて構成される。
セル電圧検出端子21をセル12に接続するには、まず、制御部41からの制御信号によって駆動部42を介して台座44を駆動し、燃料電池スタック11を位置決めする。この位置決めは、位置検出部43から制御部41への出力信号に基づき行われる。
これら回路基板23と燃料電池スタック11との位置関係は、上述した通りである。
次いで、制御部41からの制御信号によって駆動部42を介して接続ジグ31を下方駆動し、セル電圧検出端子21の差込部22をセル12の端子取付穴15に完全に差し込む。
すると、かえし部24が凸部16から離間して、セル電圧検出端子21の差込部22が狭小部18を越えて端子差込穴15から抜き出し可能な状態になるので、制御部41からの制御信号によって駆動部42を介して回路基板23を上方駆動し、セル電圧検出端子21をセル12から離脱させる。
(1)セル電圧検出端子21の差込部22及びセパレータ14の端子取付穴15を図2に示す形態に代えて、図4に示す形態の差込部51及び端子取付穴52にすること。
この構成によれば、凸部26とかえし部24との噛み合わせが二ヶ所において行われるので、抜け及び接触不良をより効果的に防止することができる。
なお、屈曲部26、55は、セル積層方向のスペースが極めて少ないという事情を考慮して、セル12と回路基板23との離間方向(図2の紙面上下方向)に屈曲させておくのが好ましい。
(3)狭小部18を端子取付穴15の内部空間のうち横断面が最も小さい部位とすること。例えば、図7に示すように、狭小部18を端子挿入口(入口部)17に設けても良い。
この構成によっても、上述と同様な作用により、差込部22を端子取付穴15に対して確実に着脱でき、かつ作業性を高めることが可能である。
(1)請求項1の発明によれば、複数のセルのセパレータに対するセル電圧検出端子の取付構造が簡単になる。また、セル電圧検出端子を簡単かつ確実にセパレータに接続することができる他、簡単な構造で良好な接続状態を維持することができる。
Claims (1)
- 固体高分子膜の両面に燃料極および空気極をそれぞれ接合して膜電極接合体を構成し、前記膜電極接合体を一対のセパレータにより挟持してセルを構成し、複数の前記セルを積層して構成された燃料電池において、複数のセル電圧検出端子を前記燃料電池に接続するに際し、前記複数のセル電圧検出端子のうち一の端子を前記燃料電池のうち一のセルのセパレータに接続し、他の端子を前記一のセルとは異なるセルの、前記一の端子が接続されるセパレータと同極のセパレータに接続し、
前記複数のセルは、水平方向に積層され、
前記同極のセパレータには、隣り合うセルに面する側面に、前記セパレータの上面に入口部が開口するとともに前記隣り合うセルに面する開口を有する凹部が形成され、
前記端子は、前記凹部に挿入される差込部を備え、
前記差込部を前記凹部に挿入して、前記端子を前記セパレータに接続することを特徴とする燃料電池。
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