(57)【要約】【課題】薄型化された単セルを積層させた燃料電池における単セルの電圧を検出することを可能とする。【解決手段】凸状の嵌合部３６を有する第１の側面Ｆと、凸状の嵌合部３８を有し第１の側面Ｆに相対する第２の側面Ｇとを有するハウジング３０と、ハウジング３０に格納され、それぞれ単セル積層体に設けられた電極に接続可能である複数の検出端子５０とを備え、第１の側面Ｆに設けられた嵌合部３６は第２の側面に設けられた嵌合部３８の間の凹部に対応する位置に設けられ、第２の側面Ｇに設けられた嵌合部３６は第１の側面Ｆに設けられた嵌合部３６の間の凹部に対応する位置に設けられていることにより上記課題を解決することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単セルを積層させた単セル積層体に含まれる総ての単セルの電極のそれぞれに各電線を接続するためのコネクタであって、
凸状の嵌合部を有する第１の側面と、凸状の嵌合部を有し前記第１の側面に相対する第２の側面と、を有するハウジングと、
前記ハウジングに格納され、それぞれ単セル積層体に設けられた電極に接続可能である複数の検出端子と、を備え、
前記第１の側面に設けられた嵌合部は前記第２の側面に設けられた嵌合部の間の凹部に対応する位置に設けられ、前記第２の側面に設けられた嵌合部は前記第１の側面に設けられた嵌合部の間の凹部に対応する位置に設けられていることを特徴とするコネクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のコネクタであって、
単セル積層体に複数のコネクタを隣接させて装着した場合、隣接するコネクタ同士の隣接面の嵌合部を嵌め合わせることができる形状となっていることを特徴とするコネクタ。
【請求項３】
請求項２に記載のコネクタにおいて、
前記複数の検出端子は所定の間隔で配列されており、
同一形状の第１のコネクタと第２のコネクタとを隣接させて、前記第１のコネクタにおける前記第１の側面に設けられた嵌合部と前記第２のコネクタにおける前記第２の側面に設けられた嵌合部とを嵌め合わせて単セル積層体に装着した場合、
前記第１のコネクタにおける前記第１の側面に最も近い位置に配置された前記第１のコネクタに含まれる検出端子と、前記第２のコネクタにおける前記第２の側面に最も近い位置に配置された前記第２のコネクタに含まれる検出端子と、の間隔が前記所定の間隔と略等しくなるように構成されていることを特徴とするコネクタ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のコネクタにおいて、
前記複数の検出端子は、前記第１の側面から前記第２の側面に向かう方向に沿って配列されていることを特徴とするコネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池及び燃料電池用コネクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される燃料電池は、セル（単セル）と呼ばれる発電のユニットを多数積層して構成される。各単セルは、イオン交換膜からなる電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込み、さらに、その外側を一対のセパレータで挟み込んで構成される。セパレータには、アノード及びカソードに水素ガス等の燃料ガス及び酸素ガス等の酸化剤ガスをそれぞれ供給するための通路が形成される。この通路を介して燃料ガス及び酸化剤ガスを供給することによって、セル内部で化学反応が生じて発電がなされる。
【０００３】
燃料ガスや酸化剤ガスの供給量の制御、及び、不良セルの発見等のために、このような燃料電池では単セル毎の発電状態を管理する必要がある。そこで、単セル毎の発電電圧を検出し、発電電圧に応じて制御を行う方法が用いられている。通常、図９に示すように、複数の単セルのセパレータの間隔と等しい間隔に配列された検出端子（図示しない）を内蔵するハウジング１０からなるコネクタ１００を用いる。図９は、コネクタ１００を背面Ｘの斜め上からみた斜視図である。ハウジング１０の背面Ｘには、検出端子の配置に合わせて開口部１２が設けられる。また、ハウジング１０の底面Ｙには、検出端子の配置に対応するピッチでスリット状の貫通孔（図示しない）が設けられる。貫通孔は、コネクタ１００を後述する燃料電池１０２に装着する際に、各単セルの電極部と各検出端子とを接続するために設けられる。さらに、ハウジング１０の底面Ｙには、脚部１４が設けられる。脚部１４には、鉤状に突出した係合部１６が形成される。コネクタ１００は、図１０に示すように、燃料電池１０２に取り付けられる。燃料電池１０２には、樹脂製の係止部２０が設けられている。係止部２０がコネクタ１００の係合部１６と係り合うことによって、コネクタ１００が燃料電池１０２に固定される。また、燃料電池１０２の上面Ａには、単セルの積層方向に沿って延設されたテンションプレート２２が設けられる。テンションプレート２２には、コネクタ１００の各検出端子に接続された電線１８が固定される。
【０００４】
例えば、特許文献１には、弾性材で形成された端子を備える検出端子が開示されている。端子は、セパレータに係合する係合部と、隣り合う単セルの検出端子と接続される連結手段と、を備えたベースに設けられる。また、特許文献２には、ケース内にコネクタと回路基板とを組み込んだ電圧検出用のコネクタが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１３３９９号公報
【特許文献２】特開２００４−１２７７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術では、コネクタの検出端子が接続される燃料電池に設けられた電極部は炭素製である。電極部を炭素製にした場合、構造的な強度の観点等から各単セルは比較的厚いものとなっていた。ところが、近年の燃料電池を構成する単セルの発電効率の向上等に伴って、各単セルの厚さをより薄くしようとする要望が高まり、より薄い単セルによる発電が可能になってきている。
【０００７】
このように単セルの厚さが薄くなると、コネクタ１００を隣接させて装着した場合、図１１に示すように、コネクタ１００のハウジング１０同士が互いに空間的に干渉し合う干渉部分（図１１のハッチング領域）が生じ、コネクタ１００が装着出来なくなる問題が生ずる。一方、このような干渉を避けるために、ハウジング１０の外側壁の厚さを薄くするとコネクタ１００の強度が不十分となり、コネクタ１００の製造の歩留まりが低下したり、コネクタ１００を装着する際に破損したりする問題が生ずる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決することができる燃料電池及び燃料電池用コネクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複数の単セルを積層させた単セル積層体に含まれる総ての単セルの電極のそれぞれに各電線を接続するためのコネクタに関する。本発明のコネクタは、凸状の嵌合部を有する第１の側面と、凸状の嵌合部を有し前記第１の側面に相対する第２の側面と、を有するハウジングと、前記ハウジングに格納され、それぞれ単セル積層体に設けられた電極に接続可能である複数の検出端子と、を備え、前記第１の側面に設けられた嵌合部は前記第２の側面に設けられた嵌合部の間の凹部に対応する位置に設けられ、前記第２の側面に設けられた嵌合部は前記第１の側面に設けられた嵌合部の間の凹部に対応する位置に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
具体的には、単セル積層体に複数のコネクタを隣接させて装着した場合、隣接するコネクタ同士の隣接面の嵌合部を嵌め合わせることができる形状となっていることが好適である。すなわち、前記複数の検出端子は所定の間隔で配列されており、同一形状の第１のコネクタと第２のコネクタとを隣接させて、前記第１のコネクタにおける前記第１の側面に設けられた嵌合部と前記第２のコネクタにおける前記第２の側面に設けられた嵌合部とを嵌め合わせて単セル積層体に装着した場合、前記第１のコネクタにおける前記第１の側面に最も近い位置に配置された前記第１のコネクタに含まれる検出端子と、前記第２のコネクタにおける前記第２の側面に最も近い位置に配置された前記第２のコネクタに含まれる検出端子と、の間隔が前記所定の間隔と略等しくなるように構成されていることが好適である。
【００１１】
なお、前記複数の検出端子は、前記第１の側面から前記第２の側面に向かう方向に沿って配列されていることが好適である。
【００１２】
このように、コネクタの第１及び第２の側面に互いに嵌合可能な凹凸を設けることにより、第１及び第２の側面の構造的な強度を必要十分な程度に保持しつつ、薄型化された単セル積層体においても各単セルの電圧を検出することを可能とするコネクタを提供することができる。これにより、薄型化された単セルを積層した燃料電池においても発電の制御を精度良く行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、薄型化された単セルを積層した単セルの積層体においても各セルの電圧を検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本実施の形態における燃料電池のコネクタ２００は、図１から図３に示すように、樹脂製のハウジング３０を含んで構成される。図１は、コネクタ２００を背面Ｂの斜め上からみた斜視図である。図２は、コネクタ２００のハウジング３０を背面Ｂからみた背面図である。図３は、コネクタ２００のハウジング３０を底面Ｅからみた底面図である。また、図４は、図１の斜視図を透視し、内部の検出端子５０の配置を示した透視図である。
【００１５】
ハウジング３０の内部には、図４に示すように、４つの検出端子５０ａ〜５０ｄが側面Ｆから側面Ｇに向けて並べて装着される。検出端子５０ａ〜５０ｄは、後述する燃料電池３００の単セルの積層ピッチＰと等しい間隔で配置される。また、検出端子５０ａ〜５０ｄに接続された電線を引き出すために、ハウジング３０の背面Ｂに、検出端子５０ａ〜５０ｄの配置に合わせて開口部４０が設けられる。互いに隣り合う開口部４０の間隔は燃料電池３００の単セルの積層ピッチＰと等しくなる。
【００１６】
ハウジング３０の底面Ｅには、ハウジング３０の側面Ｆから側面Ｇに亘って底面Ｅから突出した脚部３２が設けられる。脚部３２は、前面Ｃ側の端部及び背面Ｂ側の端部の両方に設けられる。また、脚部３２には、ハウジング３０の全幅に亘って、互いに向き合うように鉤状に突出した係合部３４が形成される。なお、脚部３２及び係合部３４の構造は、これに限定されるものではなく、後述する燃料電池３００にコネクタ２００を確実に固定できるものであればよい。
【００１７】
また、ハウジング３０の底面Ｅには、図３に示すように、検出端子５０ａ〜５０ｄの配置に対応するピッチＰでスリット状の貫通孔４１が設けられる。貫通孔４１は、後述する検出端子５０ａ〜５０ｄのそれぞれの接触部５４ａ，５４ｂが位置する箇所に設けられる。貫通孔４１は、コネクタ２００を後述する燃料電池３００に装着する際に、各単セルの電極部と各検出端子５０ａ〜５０ｄとを接続するために設けられる。すなわち、接触部５４ａ，５４ｂとの隙間に燃料電池３００の電極部が挿入できる形状とされる。
【００１８】
また、図１に示すように、ハウジング３０には、嵌合部３６を凸部とする第１の側面Ｆと、嵌合部３８を凸部とする第２の側面Ｇが設けられる。嵌合部３６，３８は、２つのハウジング３０を隣接させて並べたときに、嵌合部３６と嵌合部３８とが互いに嵌め合わせられる形状に形成される。すなわち、第１の側面Ｆに設けられた嵌合部３６の凸部が第２の側面Ｇに設けられた嵌合部３８の間の凹部に対応する位置に設けられ、第２の側面Ｇに設けられた嵌合部３８の凸部が第１の側面Ｆに設けられた嵌合部３６の間の凹部に対応する位置に設けられる。
【００１９】
本実施の形態では、嵌合部３６，３８は、第１の側面Ｆ及び第２の側面Ｇから見た場合に、それぞれ矩形に見えるようにハウジング３０の上面Ｄから下面Ｅに亘って凸状に形成される。より好ましくは、嵌合部３６，３８は、第１の側面Ｆ及び第２の側面Ｇから見た場合に、ハウジング３０の上面Ｄ及び下面Ｅに対して垂直な側面３７，３９をそれぞれ有するように形成される。
【００２０】
また、ハウジング３０の嵌合部３６，３８を含む横幅は、図２に示すように、最外端にある開口部４０の間隔Ｗに嵌合部３６，３８のそれぞれの幅Ｓ（ハウジング３０の側面から突出する幅）を足し合わせた長さとすることが好適である。嵌合部３６，３８の幅Ｓは、ハウジング３０の開口部４０の間隔Ｓｐと略等しく、より好ましくはハウジング３０の開口部４０の間隔Ｓｐより僅かに薄く形成される。
【００２１】
なお、嵌合部３６，３８の幅Ｓはハウジング３０の強度を考慮して変更してもよい。すなわち、１つのハウジング３０の嵌合部３６と別のハウジング３０の嵌合部３８とを嵌め合わせた場合に、組み合わせた２つのハウジング３０の隣接する開口部４０の距離がほぼ間隔Ｓｐとなり、ハウジング３０が使用に耐え得る程度の構造的な強度を有するものであればよい。
【００２２】
換言すると、第１のコネクタ２００における第１の側面Ｆに設けられた嵌合部３６と第２のコネクタ２００における第２の側面Ｇに設けられた嵌合部３８とを嵌め合わせるようにして２つのコネクタ２００を並べて配置した場合、第１のコネクタ２００における第１の側面Ｆに最も近い位置に配置された第１のコネクタ２００に含まれる検出端子５０ａと、第２のコネクタ２００における第２の側面Ｇに最も近い位置に配置された第２のコネクタ２００に含まれる検出端子５０ｄとの間隔がピッチＰにほぼ等しくなるように嵌合部３６，３８の幅Ｓを設定することが好適である。
【００２３】
検出端子５０は、導電性が高く、弾性がある金属等の材料から形成される。通常、銅合金が用いられる。検出端子５０は、図５に示すように、電線を接続するための電線取付部５２と、後述する燃料電池３００の電極部とコンタクトをとるための電極コンタクト部５４を含んで構成される。電線取付部５２は、金属製の絶縁被覆圧着部５２ａ及び芯線圧着部５２ｂから構成される。絶縁被覆圧着部５２ａには電線の絶縁被覆された部分が挿入されて圧着され、芯線圧着部５２ｂには絶縁被覆を剥かれた芯線部分が挿入されて圧着される。
【００２４】
また、電極コンタクト部５４は、互いに対向する２枚の短冊状の（弾性）接触部５４ａ，５４ｂを含んで構成される。ここで、接触部５４ａ，５４ｂの間隔は、後述する燃料電池３００の単セル毎に設けられた電極部の厚さよりも僅かに小さくしておくことが好適である。これによって、燃料電池３００の電極部と検出端子５０との電気的な接続を確実にすることができる。また、図５に示すように、接触部５４ａ，５４ｂの端部を外側に向けて湾曲させておくことが好適である。これによって、接触部５４ａ，５４ｂ間に燃料電池３００の電極部を容易に挿入することができる。
【００２５】
なお、検出端子５０の構造はこれに限定されるものではなく、ハウジング３０に収納でき、電線を燃料電池３００の電極部に電気的に接続できるものであればよい。例えば、電線取付部５２の代わりに電線の芯線を圧接できる構造としてもよい。また、ハウジング３０には、同一の形状の検出端子５０を装着すればよく、検出端子５０は一種類だけ準備すればよい。
【００２６】
また、本実施の形態では、ハウジング３０に４つの検出端子５０ａ〜５０ｄを配置する構造としたがこれに限定されるものではない。例えば、ハウジング３０に配置される検出端子５０の数を増減させてもよい。
【００２７】
図６に、検出端子５０を装着したコネクタ２００を背面上方からみた斜視図を示す。図６では、検出端子５０に電線５６を圧着した状態を示している。このように、電線５６はハウジング３０の背面Ｂの開口部４０から引き出される。
【００２８】
図７に、本実施の形態における燃料電池３００の外観図を示す。また、図８に、コネクタ２００を装着した燃料電池３００の外観図を示す。
【００２９】
燃料電池３００は、発電のユニットである単セル６０を多数積層して構成される。各単セル６０は、イオン交換膜からなる電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込み、さらにその外側を一対のセパレータで挟み込んで構成される。単セル６０は、隣り合う単セル６０の間隔がピッチＰとなるように積層される。セパレータには、アノード及びカソードに水素ガス等の燃料ガス及び酸素ガス等の酸化剤ガスを供給するための通路が形成される。この通路を介して燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、各単セル６０の内部で化学反応が生じて発電がなされる。
【００３０】
燃料電池３００の上面Ｈには、突出部６６が２ヶ所に形成される。突出部６６は、燃料電池３００の単セル６０を構成する樹脂を燃料電池３００の上面Ｈから突出させることによって構成することができる。２ヶ所の突出部６６の外壁間の距離Ｌは、コネクタ２００に設けられた２ヶ所の脚部３２の内壁間の距離より僅かに小さくされる。突出部６６には、コネクタ２００の係合部３４と係り合わされる係止部６４が設けられる。単セル６０を積層することによって単セル６０の積層方向に沿って突出部６６が並んだ構成となる。
【００３１】
なお、係止部６４の構造は、これに限定されるものではなく、コネクタ２００に設けられた係合部３４と係り合うことによってコネクタ２００を燃料電池３００に確実に固定できる構造であればよい。
【００３２】
また、各単セル６０のセパレータからは上面Ｈに向けて突出させた金属製の電極部６８が設けられる。電極部６８は、２ヶ所に設けられた突出部６６の間に突出するように配置される。隣り合う単セル６０の間隔はピッチＰであるので、隣り合う電極部６８の間隔もピッチＰと等しくなる。また、コネクタ２００のハウジング３０の下面Ｅに設けられた貫通孔４１の位置に合わせて電極部６８を突出させる。これによって、コネクタ２００を燃料電池３００に装着する際に、電極コンタクト部５４の接触部５４ａ，５４ｂの隙間に電極部６８を電気的に接続することができる。
【００３３】
なお、突出部６６及び係止部６４を樹脂製とし、電極部６８を金属製とすることによって、従来の単セルよりも構造的な強度を向上させることができる。これによって、単セル６０間のピッチＰを従来よりも狭くすることができる。
【００３４】
また、燃料電池３００の上面Ｈには、単セル６０の積層方向に沿って延設されたテンションプレート７０が設けられる。テンションプレート７０は、絶縁樹脂で形成することが好ましい。テンションプレート７０は、コネクタ２００に内蔵された各検出端子５０から引き出された電線５６を固定するために設けられる。テンションプレート７０を用いることによって、燃料電池３００の上面Ｈで電線５６を張った状態で整列させることができる。
【００３５】
図８に示すように、燃料電池３００にコネクタ２００が装着される。燃料電池３００の電極部６８をコネクタ２００の下面Ｅの貫通孔４１に通しつつコネクタ２００を装着する。これによって、各検出端子５０ａ〜５０ｄの接触部５４ａ，５４ｂの間に各単セル６０の電極部６８が挟み込まれ、各検出端子５０ａ〜５０ｄに各単セル６０の電極部６８が電気的に接続される。
【００３６】
また、コネクタ２００の係合部３４が燃料電池３００の係止部６４と係り合うようにコネクタ２００を嵌め込むことによって、コネクタ２００を燃料電池３００に確実に装着することができる。
【００３７】
また、図８に示すようにコネクタ２００−１に隣接させてコネクタ２００−２を装着する場合、コネクタ２００−１に設けられている嵌合部３８とコネクタ２００−２に設けられている嵌合部３６とを互いに嵌め合わせるようにコネクタ２００−２を装着することができる。このとき、図１に示すように、コネクタ２００の第１の側面Ｆ及び第２の側面Ｇから見た場合にハウジング３０の上面Ｄ及び下面Ｅに対して垂直な側面３７，３９を有するように嵌合部３６，３８を形成しておくことによって、嵌合部３６と嵌合部３８とをスライドさせながらコネクタ２００同士を嵌め合わせることができる。
【００３８】
本実施の形態によれば、コネクタ２００−１における第２の側面Ｇに最も近い位置に配置された検出端子５０ｄと、コネクタ２００−２における第１の側面Ｆに最も近い位置に配置された検出端子５０ａとの間隔が単セル６０の積層ピッチＰと略等しくなるように嵌合部３６，３８の幅Ｓが設定されている。より具体的には、嵌合部３６，３８の幅Ｓ（ハウジング３０の側面Ｆ，Ｇから突出する幅）をハウジング３０の開口部４０の間隔Ｓｐと略等しく、又は、ハウジング３０の開口部４０の間隔Ｓｐより僅かに小さくすると共に、ハウジング３０の横幅を両端の開口部４０間の幅Ｗに嵌合部３６，３８のそれぞれの幅Ｓを足し合わせた幅としている。これによって、２つのコネクタ２００−１，２を隣接させて装着した場合に、コネクタ２００−１，２００−２間の空間的な干渉を回避することができる。また、ハウジング３０の側面Ｆ，Ｇの厚さを嵌合部３６，３８の幅Ｓだけ確保することができる。したがって、ハウジング３０の機械的な剛性も確保することができる。
【００３９】
また、燃料電池３００の上面Ｈに対して垂直な方向へ電線５６を引き出す構造とすると、電線５６を燃料電池３００の上面Ｈに沿った方向へ折り曲げる必要がある。そうすると、電線５６に機械的な負担が掛かり、電線５６が損傷し易くなる。本実施の形態におけるコネクタ２００では、コネクタ２００の背面Ｂから電線５６が引き出される構造としていることで、電線５６を折り曲げることなく、燃料電池３００の上面Ｈに沿った方向に配線することができる。これによって、電線５６の損傷を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態におけるコネクタの外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるハウジングの背面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるハウジングの底面図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるコネクタの内部を示す透視斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態における検出端子の外観斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるコネクタに電線を装着した場合の外観斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態における燃料電池の外観斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるコネクタを装着した燃料電池の外観斜視図である。
【図９】従来のコネクタの外観斜視図である。
【図１０】従来のコネクタを装着した燃料電池を示す斜視図である。
【図１１】従来のコネクタの問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ハウジング、１２  開口部、１４  脚部、１６  係合部、１８  電線、２０  係止部、２２  テンションプレート、３０  ハウジング、３２  脚部、３４  係合部、３６，３８  嵌合部、３７，３９  側面、４０  開口部、４１  貫通孔、５０（５０ａ〜５０ｄ）  検出端子、５２  電線取付部、５２ａ  絶縁被覆圧着部、５２ｂ  芯線圧着部、５４  電極コンタクト部、５４ａ，５４ｂ  接触部、５６  電線、６０  単セル、６４  係止部、６６  突出部、６８  電極部、７０  テンションプレート、１００，２００  コネクタ、１０２，３００  燃料電池。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007200631.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007200631.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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