(57)【要約】【課題】燃料電池スタックにセルモニタコネクタを取り付けるときの位置調整の時間を短縮する。【解決手段】複数のセルが積層された燃料電池スタックに取り付けられ、前記セルの電圧を監視するセルモニタコネクタは、前記複数のセルの積層方向に前記セルの積層間隔に合わせた距離だけ離間して配置された複数の突起部と、前記複数の突起部の間の谷間に形成され、前記セルの端部に設けられたコネクタ端子が接触する複数の端子部と、を備え、前記複数の突起部のそれぞれは、前記複数のセルの前記コネクタ端子の間に挿入される先端側が根元側よりも細い。【選択図】図７
2019021522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルが積層された燃料電池スタックに取り付けられ、前記セルの電圧を監視するセルモニタコネクタであって、
前記複数のセルの積層方向に前記セルの積層間隔に合わせた距離だけ離間して配置された複数の突起部と、
前記複数の突起部の間の谷間に形成され、前記セルの端部に設けられたコネクタ端子が接触する複数の端子部と、
を備え、
前記複数の突起部のそれぞれは、前記複数のセルの前記コネクタ端子の間に挿入される先端側が根元側よりも細い、
セルモニタコネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルモニタコネクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池スタックのセルの電圧等をモニタするためのセルモニタコネクタが記載されている。このコネクタは、燃料電池スタックの側面に取り付けられる。燃料電池スタックの各セルの面内にセルモニタ端子が形成されており、セルモニタコネクタ側に設けられた複数の電極は、このセルモニタコネクタの端子に電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１１８０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のセルモニタコネクタは、コネクタの端子がセルの両面を挟持するように取り付ける。このため、セルの両面で挟持力が等しくなるように、セルモニタコネクタはセル間の中央から挿入しなければならず、セルモニタコネクタの位置調整に時間がかかるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、複数のセルが積層された燃料電池スタックに取り付けられ、前記セルの電圧を監視するセルモニタコネクタが提供される。このセルモニタコネクタは、前記複数のセルの積層方向に前記セルの積層間隔に合わせた距離だけ離間して配置された複数の突起部と、前記複数の突起部の間の谷間に形成され、前記セルの端部に設けられたコネクタ端子が接触する複数の端子部と、を備え、前記複数の突起部のそれぞれは、前記複数のセルの前記コネクタ端子の間に挿入される先端側が根元側よりも細い。
この形態によれば、複数の突起部は、複数のセルのセル間の挿入される先端側が根元側よりも狭いので、セルモニタコネクタの位置がずれた場合であっても、セルのコネクタ端子を複数の突起部の間に誘い込み易い。その結果、位置調整の時間を短縮できる。
【０００７】
（２）上記形態において、前記複数の突起部の間の谷間の離間距離は、前記コネクタ端子の前記積層方向の厚さ以下であり、かつ、前記コネクタ端子の前記積層方向の厚さの０．８倍以上であり、前記複数の突起部は、弾性体で形成されていてもよい。
この形態によれば、弾性体の突起部でセルを挟むので、セルの保持力を高めることができる。
【０００８】
（３）上記形態において、前記端子部は、前記コネクタ端子に押されたときに変位し得る弾性構造を備えてもよい。
この形態によれば、セルモニタコネクタの挿入方向のセルの大きさのバラツキに対応できる。
【０００９】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、セルモニタコネクタの他、燃料電池スタックの電圧モニタ方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料電池スタックを上方から見た斜視図である。
【図２】セルの積層からセルの電圧測定までの工程図である。
【図３】図２の工程Ｓ１００を模式的に示す説明図である。
【図４】加圧を行う直前の状態を示す説明図である。
【図５】加圧中の状態を示す説明図である。
【図６】燃料電池スタックのセル間へのセルモニタコネクタの接続を示す説明図である。
【図７】燃料電池スタックのセル間にセルモニタコネクタを接続した後の状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、燃料電池スタック１０を上方から見た斜視図である。燃料電池スタック１０は、複数の発電ユニット１００（「セル１００」とも呼ぶ。）と、ダミーセル２００と、集電板３００、３１０と、絶縁板３２０、３３０と、エンドプレート３４０、３５０と、を備える。複数のセル１００は、ｙ方向（水平方向）に積層されて積層体を形成している。ここで、第１実施形態では、水平方向をｘ方向、ｙ方向とし、鉛直方向をｚ方向としている。鉛直方向の下向きが重力方向である。ダミーセル２００は、セル１００とほぼ同じ形状を有しているが、発電機能を有さない。ダミーセル２００は、複数のセル１００を挟むように、複数のセル１００の積層体の積層方向（ｙ方向）の両側に配置されている。なお、ダミーセル２００は、無くても良い。集電板３００、３１０は、複数のセル１００とダミーセル２００を挟むように、ダミーセル２００のｙ方向の外側に配置されている。絶縁板３２０、３３０は、複数のセル１００と、ダミーセル２００と、集電板３００、３１０とを挟むように、集電板３００のｙ方向の外側に配置されている。エンドプレート３４０、３５０は、絶縁板３２０、３３０のｙ方向の外側に配置されている。
【００１２】
燃料電池スタック１０のセル１００には、セル１００の電圧を監視、モニタするためのセルモニタコネクタ６０が取り付けられている。セルモニタコネクタ６０は、燃料電池スタック１０の検査時に取り付けられ、その後、燃料電池スタック１０が車両に搭載された後でも、各セルの電圧をモニタするために用いられる。本実施形態では、セルモニタコネクタ６０は、燃料電池スタック１０の上面の角に設けられているが、複数のセル１００の電圧をモニタできるように接続できれば、燃料電池スタック１０のどの面に設けられても良い。
【００１３】
燃料電池スタック１０は、複数のセル１００と、ダミーセル２００、２１０と、集電板３００、３１０と、絶縁板３２０、３３０と、エンドプレート３４０とを貫通するマニホールド１１〜１６を備える。これらのマニホールド１１〜１６は、燃料電池スタック１０に反応ガスを供給し、排ガスを排出し、冷媒を供給、排出するために用いられる。
【００１４】
図２は、セル１００の積層からセル１００の電圧測定までの工程図である。図３は、図２の工程Ｓ１００を模式的に示す説明図である。工程Ｓ１００では、セル１００を積層する。具体的には、工程Ｓ１００では、エンドプレート３４０、絶縁板３２０、集電板３００、ダミーセル２００、複数のセル１００、ダミーセル２１０、集電板３１０、絶縁板３３０、エンドプレート３５０の順に並べる。この段階では、セルモニタコネクタ６０は、取り付けられない。
【００１５】
図２の工程Ｓ１１０では、並べられた燃料電池スタック１０の部材を積層方向に圧縮する加圧が行われる。図４は、図２の工程Ｓ１１０の加圧を行う直前の状態を示す説明図である。図５は、図２の工程Ｓ１１０の加圧中の状態を示す説明図である。加圧とは、セル１００を積層方向に加圧することによりセル１００からなる積層体を圧縮することを言う。
【００１６】
本実施形態では、加圧装置４０は、荷重付与装置４１と、加圧バー４７、４８と、載置台４９と、プレッシャープレート５０、５１と、を備える。載置台４９は、燃料電池スタック１０の構成部材を載置する台であり、載置台４９の上面は、燃料電池スタック１０の構成部材を積層するときの積層基準面となる。燃料電池スタック１０の構成部材のエンドプレート３４０よりも積層方向外側には、スタックマニホールドプレート３６０が配置されている。スタックマニホールドプレート３６０は、燃料電池スタック１０に、燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒の供給、排出を行うためのマニホールドが接続された部材である。燃料電池スタック１０には、プレッシャープレート５０、５１で加圧された状態で、スタックマニホールドプレート３６０を介して燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒の供給が行われ、排出される。燃料電池スタック１０のスタックマニホールドプレート３６０の積層方向外側には、プレッシャープレート５０と加圧バー４８がこの順に配置されている。反対側のエンドプレート３５０の積層方向外側には、プレッシャープレート５１と、加圧バー４７がこの順に配置されている。加圧バー４７は荷重付与装置４１に接続されている。
【００１７】
荷重付与装置４１は、ネジ棒４２と、モータ４３と、押圧板４４、４５と、ロードセル４６とを備える。ロードセル４６は、押圧板４４と、押圧板４５との間に挟まれている。ネジ棒４２は、押圧板４４に接続され、加圧バー４７は、押圧板４５に接続されている。ネジ棒４２とモータ４３とは、ボールネジ機構を構成しており、モータ４３が回転することで、ネジ棒４２をその軸に沿った方向に移動させる。ネジ棒４２が移動すると、押圧板４４、４５と、ロードセル４６とともに加圧バー４７も移動する。加圧バー４７が燃料電池スタック１０の方に移動すれば、加圧プリクリープを実行できる。ロードセル４６は、加圧プリクリープを行うときに燃料電池スタック１０に掛かる荷重を測定し、荷重を適正に制御するために用いる。
【００１８】
加圧により、セル１００部分の積層方向長さは、加圧前に比べて圧縮され、短くなる。例えば、加圧後のセル１００部分の積層方向長さは、加圧前の約半分の長さとなる。なお、この圧縮は、約半分に限られず、実際のセル１００に合わせて適切な値とされる。加圧後、燃料電池スタック１０は、エンドプレート３４０、３５０間の間隔が元に戻らないように図示しないボルト等を用いて固定される。
【００１９】
図２の工程Ｓ１２０では、燃料電池スタック１０にセルモニタコネクタ６０が接続される。図６は、燃料電池スタック１０のセル１００間へのセルモニタコネクタ６０の接続を示す説明図である。図７は、燃料電池スタック１０のセル１００間にセルモニタコネクタ６０を接続した後の状態を示す説明図である。セル１００は、セルモニタコネクタ６０が接続されるコネクタ端子１１０を備える。コネクタ端子１１０は、例えば、セル１００を構成する２枚のセパレータプレートのうちの一方に設けられており、コネクタ端子１１０のセル１００の積層方向の厚さＴ２は、セル１００の積層方向の厚さＴ１よりも薄い。厚さＴ１は、セル１００の積層間隔と等しい。コネクタ端子１１０は、その先端に電気的接続用の電極が設けられている。
【００２０】
セルモニタコネクタ６０は、基部６１と、複数の突起部６２と、複数の端子部６３と、バネ６４を備える。複数の突起部６２は、基部６１の上に、セル１００の積層方向にＷ１のピッチで並んでいる。突起部６２は、セル１００間に挿入される先端側が根元側よりも細い円錐形状を有している。なお、突起部６２の形状として、セル１００間に挿入される先端側が根元側よりも細い形状であれば、円錐台形状、角錐形状、角錐台形状、楔形状、砲弾形状など、様々な形状を採用可能である。なお、全ての突起部６２が同一形状である必要は無い。
【００２１】
作業者がセルモニタコネクタ６０をセル１００間に挿入するときに、セルモニタコネクタ６０とセル１００の相対的な位置が若干ずれていても、突起部６２の形状がセル１００間に挿入される先端側が根元側よりも狭い形状であれば、突起部６２の斜面６５にコネクタ端子１１０が当たり、その後、コネクタ端子１１０は、斜面６５に沿って挿入される。すなわち、作業者は、セルモニタコネクタ６０とセル１００の相対的な位置を正確に合わせる必要がなく、セルモニタコネクタ６０とセル１００の相対的な位置を大まかに合わせればよい。セルモニタコネクタ６０とセル１００の相対的な位置を正確に合わせるには、時間がかかるが、大まかで良ければ、位置合わせの時間はあまりかからない。すなわち、本実施形態によれば、位置調整の時間を短縮できる。本願構成を採用しない場合、セルモニタコネクタ６０の燃料電池スタック１０への組み付けに数十分かかっていたが、本願構成を採用した結果、数分で燃料電池スタック１０へセルモニタコネクタ６０を組み付けることができるようになり、大幅な時間短縮が可能となった。
【００２２】
本実施形態では、突起部６２の根元と根元との間の谷間に、複数のセル１００のそれぞれ及びダミーセル２００に対応して、コネクタ端子１１０の先端と接触する端子部６３が設けられている。そのため、端子６３の数は、セル１００の数に１を加えた数である。ダミーセル２００と接触する端子部６３を備えるのは、電位差を測定するときの基準点（例えばゼロ点）を設定するためである。なお、ダミーセル２１０に接触する端子６３をさらに備えてもよい。複数の突起部６２の根元と根元との間の谷間の離間距離Ｗ２は、本実施形態では、セル１００側のコネクタ端子１１０の積層方向の厚さＴ２以下であり、コネクタ端子１１０と端子部６３とが接触できる位置までコネクタ端子１１０を挿入可能な間隔である。離間距離Ｗ２が狭すぎると、コネクタ端子１１０が複数の突起部６２の間に挿入されても突起部６２が挿入を阻害して端子部６３まで届かない場合がある。そのため、離間距離Ｗ２は、コネクタ端子１１０と端子部６３とが接触できる位置までコネクタ端子１１０を挿入可能な間隔に設定される。例えば、離間距離Ｗ２は、コネクタ端子の積層方向の厚さＴ２の０．８倍以上の長さを有し、より好ましくは、０．９倍以上である。こうすれば、突起部６２によりコネクタ端子１１０の挿入が阻害されず、コネクタ端子１１０は端子部６３と接触できるまで挿入可能である。離間距離Ｗ２がコネクタ端子の積層方向の厚さＴ２の１．０倍以下であれば、２つの突起部６２でコネクタ端子１１０を挟むので、セルモニタコネクタ６０と燃料電池スタック１０との結合が安定する。なお、突起部６２は、弾性体で形成されていても良い。離間距離Ｗ２をコネクタ端子１１０の積層方向の厚さＴ２よりも狭くする場合に、突起部６２が弾性体で形成されていれば、コネクタ端子１１０が挿入されると、突起部６２は、積層方向に変形し、その反力でコネクタ端子１１０を保持し、固定できる。なお、離間距離Ｗ２は、コネクタ端子１１０の積層方向の厚さＴ２の１．０倍を越えていてもよい。コネクタ端子１１０の挿入時に突起部６２の側面により案内される。
【００２３】
バネ６４は、端子部６３の基部６１内部側に設けられており、セルモニタコネクタ６０の挿入時に、コネクタ端子１１０と端子部６３とが接触したときに、基部６１の内部側に変位する。その結果、コネクタ端子１１０の挿入方向の長さのバラツキはあっても、バラツキに応じて−ｚ方向に変位し、コネクタ端子１１０と端子部６３とを確実に接触させることができる。端子部６３は、コネクタ端子１１０に押されたときに変位し得る弾性構造を備えればよく、その弾性構造として、本実施形態のように端子部６３の基部６１内部側にバネ６４を備える構成の他、基部６１が弾性体で形成されている構成であってもよい。また、端子部６３を、異方導電性ゴムを用いて縦方向（セル１０の面と平行な方向）にのみ導電可能に構成してもよい。この場合、端子部６３の下方から電圧を取り出すことができる。
【００２４】
図２の工程Ｓ１３０では、燃料電池スタック１０の各セル１００の電圧が測定される。その後、セルモニタコネクタ６０が取り付けられた燃料電池スタック１０は、車両に搭載され、セルモニタコネクタ６０は、燃料電池スタック１０の各セル１００の電圧をモニタするのに用いられる。
【００２５】
以上、本実施形態によれば、作業者がセルモニタコネクタ６０をセル１００間に挿入するときに、セルモニタコネクタ６０とセル１００の相対的な位置が若干ずれていても、セル１００間に挿入される先端側が根元側よりも狭い形状であれば、突起部６２の斜面６５にコネクタ端子１１０が当たり、コネクタ端子１１０は、斜面６５に沿って案内され挿入される。すなわち、作業者は、セルモニタコネクタ６０とセル１００の相対的な位置を正確に合わせる必要がなく、セルモニタコネクタ６０とセル１００の相対的な位置を大まかに合わせればよい。その結果、位置調整の時間を短縮できる。
【００２６】
本発明は、上述の実施形態や変形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することができる。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、他の実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上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、組み合わせを行うことが可能である。また、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、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１０…燃料電池スタック
１１〜１６…マニホールド
４０…加圧装置
４１…荷重付与装置
４２…ネジ棒
４３…モータ
４４、４５…押圧板
４６…ロードセル
４７、４８…加圧バー
４９…載置台
５０、５１…プレッシャープレート
６０…セルモニタコネクタ
６１…基部
６２…突起部
６３…端子部
６４…バネ
６５…斜面
１００…セル（発電ユニット）
１１０…コネクタ端子
２００、２１０…ダミーセル
３００、３１０…集電板
３２０、３３０…絶縁板
３４０、３５０…エンドプレート
３６０…スタックマニホールドプレート
【図１】
2019021522.tif 000003
【図２】
2019021522.tif 000004
【図３】
2019021522.tif 000005
【図４】
2019021522.tif 000006
【図５】
2019021522.tif 000007
【図６】
2019021522.tif 000008
【図７】
2019021522.tif 000009