JP6798433B2

JP6798433B2 - 燃料電池モジュール及びその製造方法、コネクタ

Info

Publication number: JP6798433B2
Application number: JP2017124056A
Authority: JP
Inventors: 今西　雅弘; 雅弘今西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2037-06-26
Also published as: DE102018110870A1; US20220013866A1; US20180375081A1; JP2019009004A; CN109119665A; US11158909B2; CN109119665B

Description

本開示は、セル電圧を測定するためのコネクタに関する。

特許文献１は、セルの積層体を積層方向に移動させることによって、積層体をケースに収容する方法について開示している。

特開２０１６−０６２７１３号公報

上記先行技術の場合、コネクタの取付工程について考慮されていない。コネクタとは、セル電圧を測定するために、各セルに取り付けられている部品のことである。特許文献１に開示されているように積層体をケースに収容するのであれば、コネクタの取付は、積層体をケースに収容した後に実行することになる。

しかし、積層体をケースに収容した後にコネクタを取り付ける場合、ケースが邪魔になって、取付作業がし難いことがある。本開示は、上記を踏まえ、積層体をケースに収容した後にコネクタを取り付ける場合における作業性の向上を解決課題とする。

本開示の一形態は、複数のセルの積層体を、上面の少なくとも一部が開口した開口部を有するケースに、前記積層体の積層方向に相対移動させることによって収容する工程と；前記セルの電圧を測定するためのコネクタを、前記ケースに収容された前記複数のセルの少なくとも１つに対し、前記開口部において前記ケースから露出した部位に作業者が取り付ける工程とを含み；前記コネクタは、前記コネクタの先端を形成する突起部を備え；前記コネクタを取り付ける工程において、前記作業者は、取付対象の前記セルに前記突起部が接触していることを目視で確認してから、前記コネクタを所定位置まで押し込む燃料電池モジュールの製造方法である。この形態によれば、コネクタを取り付ける工程において、ケースが邪魔になってコネクタの先端が見えないことで、コネクタを取り付けようとしているセルが、取付対象のセルなのか否かが確認できないことを防止できる。この結果、作業性が向上する。

上記形態において、前記セルの輪郭は、おおよそ長方形であり；前記コネクタを取り付ける工程において、前記作業者は、前記セルの面方向と平行な方向に、且つ、前記セルの輪郭に対して斜めに前記コネクタを移動させることによって、前記コネクタを取り付けてもよい。この形態によれば、コネクタを移動させる場合に、上記確認ができないことを防止できる。コネクタを移動させる場合は特に、ケースが邪魔になってコネクタの先端が見えない状況が発生しやすい。

上記形態において、前記斜めは、前記作業者から見て、上方から下方、且つ、奥から手前への向きでもよい。この形態によれば、コネクタを上記の向きに移動させる場合に、上記確認ができないことを防止できる。コネクタを上記の向きに移動させる場合は特に、ケースが邪魔になってコネクタの先端が見えない状況が発生しやすい。

上記形態において、前記ケースは、前記セルの面方向と直交する第１及び第２側壁を有し；前記コネクタが取り付けられる位置は、前記第２側壁よりも前記第１側壁に近い位置であり；前記コネクタを取り付ける工程において、前記作業者は、前記第１側壁の傍らに位置してもよい。この形態によれば、コネクタが取り付けられる位置が、第２側壁よりも第１側壁に近い位置であり、作業者が第１側壁の傍らに位置するので、作業者は作業がしやすくなる。

本開示は、上記以外の種々の形態で実現できる。例えば、燃料電池モジュール又はコネクタとして実現できる。

燃料電池モジュールを示す斜視図。燃料電池モジュールの組み立て工程を示すフローチャート。セルをケースに収容する工程、及びエンドプレートの取付を示す斜視図。コネクタの取付工程を示す斜視図。作業者が突起部を視認している様子を示す図。コネクタが取り付けられた様子を示す図。図５に示された７−７断面を示す図。作業者が突起部を視認している様子を示す図（実施形態２）。作業者が突起部を視認している様子を示す図（実施形態３）。

実施形態１を説明する。図１は、燃料電池モジュール１０を示す斜視図である。ＺＸ平面は水平面と平行である。＋Ｙ方向は鉛直方向上向きを示し、−Ｙ方向は鉛直方向下向きを示す。ＸＹ平面は、セル２４０の面方向と平行である。Ｚ方向は、セル２４０の積層方向と平行である。

燃料電池モジュール１０は、ケース２００と、エンドプレート２１０と、モニタ２２０と、複数のコネクタ２３０と、複数のセル２４０とを備える。コネクタ２３０の数は、セル２４０の数と同じである。

ケース２００は、複数のセル２４０を収容する。モニタ２２０は、ケース２００の上部に固定されている。複数のコネクタ２３０それぞれは、セル電圧を測定するための部品である。複数のコネクタ２３０それぞれは、ケーブル２３１を介して、モニタ２２０に接続されている。図１は、ケーブル２３１を示していない。ケーブル２３１は、図５及び図６に示されている。

接続部２２１は、モニタ２２０の上部に設けられている。接続部２２１に、プラグを挿入することによって、モニタ２２０による検出結果を取得することができる。検出結果とは、各セル２４０による発電電圧である。

図２は、燃料電池モジュール１０の組み立て工程を示すフローチャートである。まず、図３に示すように、作業者は、積層体２４をケース２００に収容する（Ｓ３１０）。積層体２４は、積層した複数のセル２４０のことである。

図３に示すように、ケース２００は、第１側壁２０１と、第２側壁２０２と、上開口部２０３と、横開口部２０４とを備える。第１側壁２０１及び第２側壁２０２は、ＸＹ平面と直交する面を有する。つまり、第１側壁２０１及び第２側壁２０２は、セル２４０の面方向と直交する面を有する。上開口部２０３は、ケース２００の上面を開口する。上開口部２０３は、第２側壁２０２よりも第１側壁２０１に近くに位置する。

横開口部２０４は、ケース２００の側方を開口する。作業者は、積層体２４を、横開口部２０４を通じてケース２００内に挿入する。このため、作業者は、積層体２４をケース２００に対して、Ｚ方向（つまり積層体２４の積層方向）に相対移動させる。

セル２４０の輪郭は、図３に示すように、おおよそ長方形である。つまり、セル２４０をＸＹ平面に投影すると、輪郭がおおよそ長方形になる。

続いて、作業者は、エンドプレート２１０を固定する（Ｓ３２０）。次に、作業者Ｗは、コネクタ２３０をセル２４０に取り付ける（Ｓ３３０）。コネクタ２３０が取り付けられる部位は、図４に示すように、上開口部２０３においてケース２００から露出した部位である。作業者Ｗは、Ｓ３２０を実施する作業者のことである。符号が付されていない作業者は、Ｓ３２０以外を実施する作業者である。但し、作業者Ｗが、Ｓ３２０以外の作業を実施してもよい。

図４に示すように、コネクタ２３０は、第２側壁２０２よりも第１側壁２０１に近い位置に取り付けられる。このため、作業者Ｗは、第１側壁２０１の傍らに位置して、Ｓ３２０の作業を実施する。

Ｓ３３０の作業には、治具を用いる。作業者Ｗは、各々のセル２４０に対して、コネクタ２３０を手作業で１つずつ取り付ける。次に、作業者は、モニタ２２０を取り付ける（Ｓ３４０）。Ｓ３４０を終えると、図１に示す燃料電池モジュール１０の組み立てが完了する。

図５，図６及び図７は、Ｓ３３０について詳しく説明するための図である。図５及び図６は、第１側壁２０１と、１枚のセル２４０と、１つのコネクタ２３０とを示す。ケース２００は、断面で示されている。１枚のセル２４０及び１つのコネクタ２３０は、断面ではなく、側面が示されている。図７は、図５に示された７−７断面を示す。

図７に示すように、セル２４０は、第１セパレータ２４１と、第２セパレータ２４２と、絶縁フレーム２４３と、膜電極接合体２４４とを備える。図５及び図６に示されたセル２４０の大部分は、第１セパレータ２４１である。後述する取付部２４１Ａ以外の部位においては、図５及び図６に絶縁フレーム２４３が示されている。絶縁フレーム２４３は、第１セパレータ２４１と第２セパレータ２４２とを隔離している。

第１セパレータ２４１には、取付部２４１Ａが形成されている。コネクタ２３０は、取付部２４１Ａに取り付けられる。取付部２４１Ａは、図７に示すように、第２セパレータ２４２及び絶縁フレーム２４３から露出している。

コネクタ２３０は、突起部２３２を有する。突起部２３２は、先端側に突き出ることによって、コネクタ２３０の先端を形成する。突起部２３２は、作業者Ｗから見て、奥に位置する。奥とは、Ｘ方向について自分の体から遠い側を意味する。

コネクタ２３０は、図５及び図６に示すように、第１セパレータ２４１に対して斜めに移動させられる。ここでいう斜めとは、Ｚ方向（つまりセル２４０の面方向との直交方向）を中心とした回転によって傾いていることを意味する。作業者Ｗにとっては、コネクタ２３０を押し込むに連れて、コネクタ２３０が自分の体に近づいてくるように見える。つまり、作業者Ｗは、コネクタ２３０を、セル２４０の面方向と平行な方向に、上方から下方、且つ、奥から手前に向かうように移動させる。

このように斜めに移動させて取り付ける主な目的は、取付部２４１Ａと、貫通孔２４９との間隔を確保するためである。貫通孔２４９は、燃料電池モジュール１０として組み付けられた状態において、マニホールドを形成する。このように斜めに取り付けられたコネクタ２３０は、コネクタ２３０の先端が、第１側壁２０１を指す。

作業者Ｗは、コネクタ２３０を移動させる際、コネクタ２３０を治具に沿って移動させれば、ＸＹ平面方向（つまりセル２４０の面方向と平行な方向）の移動については正しく作業が実施できる。このため、作業者Ｗは、コネクタ２３０を移動させる前に、治具およびコネクタ２３０のＺ方向の位置を定める。つまり、作業者Ｗは、Ｚ方向に積層された複数のセル２４０のうち、取り付けようとしているセル２４０に対して正しく取り付けが実行できるように、Ｚ方向の位置決めを実施する。

図５に示すように、第１側壁２０１には、上方張り出し部２０１Ａと、内側張り出し部２０１Ｂとが形成されている。上方張り出し部２０１Ａは、第１側壁２０１の主部の上端付近から、上方に張り出す部位である。上方張り出し部２０１Ａは、第１セパレータ２４１の上端よりも更に上に張り出す。

内側張り出し部２０１Ｂは、第１側壁２０１の主部の上端付近から、ケース２００の内側に向けて張り出す部位である。内側張り出し部２０１Ｂは、第１セパレータ２４１の上端よりも更に上に位置する。

上方張り出し部２０１Ａ及び内側張り出し部２０１Ｂが形成されていることによって、第１側壁２０１の傍らに立つ作業者Ｗは、取付部２４１Ａ付近を目視しようとすると、上から覗き込む姿勢になる。作業者Ｗは、上から覗き込む姿勢になると、コネクタ２３０が取付部２４１Ａ付近に位置する場合、コネクタ２３０の底面２３３が目視できなくなる。

但し、作業者Ｗは、底面２３３が目視できなくても、突起部２３２を目視できる。言い換えると、本実施形態においては、取付部２４１Ａに突起部２３２が接触し始めた状態において、作業者Ｗが突起部２３２を目視できるように、突起部２３２の寸法が設計されている。

このため、作業者Ｗは、突起部２３２が、取り付けようとしているセル２４０の取付部２４１Ａに接触していることを確認できる。つまり、作業者Ｗは、突起部２３２が、取り付けようとしているセル２４０の取付部２４１Ａを挟み込んでいることを確認できる。作業者Ｗは、上記の確認の後、図６に示されるように、コネクタ２３０を所定位置まで押し込む。これによって、取り付けが完了する。

本実施形態によれば、作業者Ｗが誤って、取付対象ではないセル２４０にコネクタ２３０を取り付けることを防止しやすくなる。さらに、修理を実施する場合に、コネクタ２３０を一旦、引き抜き、再度、取り付ける場合においても同様な効果を得ることができる。

実施形態２を説明する。実施形態２の説明は、実施形態１と異なる点を主な対象にする。特に説明しない点については、実施形態１と同じである。

図８は、第１側壁２０１と、１枚のセル２４０Ａと、１つのコネクタ２３０Ａとを示す。実施形態２では、セル２４０の代わりにセル２４０Ａが用いられ、コネクタ２３０の代わりにコネクタ２３０Ａが用いられる。

コネクタ２３０Ａは、突起部２３２Ａを備える。突起部２３２Ａは、作業者Ｗから見て、手前側に位置する。つまり、突起部２３２Ａは、作業者Ｗから見てＸ方向について自分の体から近い側に位置する。作業者Ｗは、Ｓ３３０において、突起部２３２Ａが取り付けようとしているセル２４０Ａの取付部２４１Ａを挟み込んでいることを確認することができる。

実施形態３を説明する。実施形態３の説明は、実施形態１と異なる点を主な対象にする。特に説明しない点については、実施形態１と同じである。

図９は、第１側壁２０１と、１枚のセル２４０Ｂと、１つのコネクタ２３０Ｂとを示す。実施形態３では、セル２４０の代わりにセル２４０Ｂが用いられ、コネクタ２３０の代わりにコネクタ２３０Ｂが用いられる。

作業者Ｗは、コネクタ２３０Ｂを、上方から下方、且つ、手前から奥への方向に押し込む。

コネクタ２３０Ｂは、突起部２３２Ｂを備える。コネクタ２３０Ｂは、実施形態１のコネクタ２３０とは異なり、底面を備えない。このため、突起部２３２Ｂは、実施形態１の突起部２３２とは異なり、コネクタ２３０Ｂの先端付近の尖った部位のことである。

突起部２３２Ｂは、作業者Ｗから見て奥側に位置する。作業者Ｗは、Ｓ３３０において、突起部２３２Ｂが取り付けようとしているセル２４０の取付部２４１Ｂを挟み込んでいることを確認することができる。

本開示は、本明細書の実施形態や実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。

突起部の形状は、コネクタを取り付ける工程において、ケースが邪魔になってコネクタの先端が見えないことで、コネクタを取り付けようとしているセルが、取付対象のセルなのか否かが確認できないことを防止できれば、どのような形状でもよい。

１０…燃料電池モジュール
２４…積層体
２００…ケース
２０１…第１側壁
２０１Ａ…上方張り出し部
２０１Ｂ…内側張り出し部
２０２…第２側壁
２０３…上開口部
２０４…横開口部
２１０…エンドプレート
２２０…モニタ
２２１…接続部
２３０…コネクタ
２３０Ａ…コネクタ
２３０Ｂ…コネクタ
２３１…ケーブル
２３２…突起部
２３２Ａ…突起部
２３２Ｂ…突起部
２３３…底面
２４０…セル
２４０Ａ…セル
２４０Ｂ…セル
２４１…第１セパレータ
２４１Ａ…取付部
２４１Ｂ…取付部
２４２…第２セパレータ
２４３…絶縁フレーム
２４４…膜電極接合体
２４９…貫通孔
Ｗ…作業者

Claims

複数のセルの積層体を、上面の少なくとも一部が開口した開口部を有するケースに、前記積層体の積層方向に相対移動させることによって収容する工程と、
前記セルの電圧を測定するためのコネクタを、前記ケースに収容された前記複数のセルの少なくとも１つに対し、前記開口部において前記ケースから露出した部位に作業者が取り付ける工程とを含み、
前記コネクタは、前記コネクタの先端を形成する突起部を備え、
前記コネクタを取り付ける工程において、前記作業者は、取付対象の前記セルに前記突起部が接触していることを目視で確認してから、前記コネクタを所定位置まで押し込む
燃料電池モジュールの製造方法。
前記セルの輪郭は、おおよそ長方形であり、
前記コネクタを取り付ける工程において、前記作業者は、前記セルの面方向と平行な方向に、且つ、前記セルの輪郭に対して斜めに前記コネクタを移動させることによって、前記コネクタを取り付ける
請求項１に記載の燃料電池モジュールの製造方法。
前記斜めは、前記作業者から見て、上方から下方、且つ、奥から手前への向きである
請求項２に記載の燃料電池モジュールの製造方法。
前記ケースは、前記セルの面方向と直交する第１及び第２側壁を有し、
前記コネクタが取り付けられる位置は、前記第２側壁よりも前記第１側壁に近い位置であり、
前記コネクタを取り付ける工程において、前記作業者は、前記第１側壁の傍らに位置する
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の燃料電池モジュールの製造方法。
複数のセルの積層体と、
上面の少なくとも一部が開口した開口部を有し、前記複数のセルを収容するケースと、
前記セルの電圧を測定するために、前記複数のセルの少なくとも１つに取り付けられたコネクタとを含み、
前記コネクタは、前記開口部において露出した位置に取り付けられており、且つ、前記コネクタの先端を形成する突起部を備える
燃料電池モジュール。
前記セルの輪郭は、おおよそ長方形であり、
前記コネクタは、前記セルの輪郭に対して斜めに取り付けられている
請求項５に記載の燃料電池モジュール。
前記ケースは、前記セルの面方向と直交する第１及び第２側壁を有し、
前記コネクタは、前記第２側壁よりも前記第１側壁に近い位置、且つ、前記コネクタの先端が前記第１側壁を指すように斜めに取り付けられている
請求項６に記載の燃料電池モジュール。
セルの電圧を測定するために、上面の少なくとも一部が開口した開口部を有するケースに収容された前記セルに対し、前記開口部において露出した部位に取り付けられるコネクタであって、
先端に突起部を備え、
前記突起部は、前記セルに取り付けられる際に、取付対象の前記セルに接触していることを目視で確認できる形状を有する
コネクタ。